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分子间效力相关概念的知识层级结构 与18世纪的经典化学相比，现代化学从宏观到微观，从静态研究到动态研究，从个人和详细研究发展到相互渗透和关系研究，从分子中的原子配置发展到分子之间的相互作用。分子间的相互作用及其影响主要集中在以下4个方面:(1)从分子层次进一步认识物质的微观结构; (2)解释物质的一些性质,如:溶解性、熔点、沸点、密度、酸碱性、反应活性; (3)对4大基础化学有机地融合为一个整体产生至关重要的影响;(4)对分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路。 1 电导率与能量相互作用 分子间作用力是化学学科的重要概念,指的是除化学键外基团间和分子间相互作用力的总称。它主要包括:离子或荷电基团、偶极子、诱导偶极子等之间的相互作用力,氢键,疏水基团相互作用力及非键电子推斥力等。针对这部分知识,需要形成的核心观念为:分子间作用力和化学键是2种不同的作用方式,对物质的结构及其性质产生不同的影响。图1是对“分子间作用力”知识结构的梳理和呈现。 2 学生学习分析u3000分子之间的力作用概念 2.1 氢键与物质相关概念的培养 在“物质结构与性质”选修模块中,学生在分子间作用力及其相关概念学习中应在以下几个方面得到相应的发展: (1)能够对化学键和分子间作用力2种不同的作用方式形成认识。例如,化学键和分子间作用力在存在微粒、力的强弱、形成物质的物理性质、与化学变化的关系、与物理变化的关系等方面存在不同。(2)了解范德华力的大小与分子的相对分子质量之间的关系,能够针对结构和组成相似的分子形成的物质的熔点、沸点 的高低问题进行预测。例如,对CF4、CCl4、CBr4、CI4的熔点、沸点高低情况进行预测。(3)能够针对具体的物质分析是否有氢键的存在,是哪种类型的氢键以及对物质的性质 (如熔点、沸点、溶解 度) 等产生的 影响。例如,能够比较下列物质熔点、沸点的高低并且说明原因:1H2O和H2S;2HF和HCl;3NH3和PH3;4CH4和CCl4。再如,运用氢键的有关知识,解释下面的事实:1水和乙醇可以完全互溶;2氨气极易溶于水。(4)认识氢键对于水的特殊性质的影响作用,认识氢键对于自然界存在和生命科学的重大意义,例如,DNA分子有2条链,链间是2条链上的碱基以氢键配对,许许多多的氢键将2条链连成独特的双螺旋结构,构成遗传基因复制机理的化学基础之一。 在其他选修模块中,学生在分子间作用力及其相关概念的学习中应在哪些方面得到相应的发展呢?以“有机化学基础”模块进行说明。“有机化学基础”选修模块中,学生的发展侧重在解释物质的性质而不是分子间作用力及其相关概念的形成。学生在学习中应在以下几个方面得到相应的发展:(1)能够认识到范德华力的大小与分子的相对分子质量之间的关系,针对结构和组成相似的分子形成的物质的熔点、沸点的高低问题进行解释。例如,甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷4种物质结构和组成相似,它们的沸点随相对分子质量的增大而逐渐升高。(2)能够认识到在醇类、羧酸类物质中有氢键存在,这些氢键对该类物质的性质 (如熔点、沸点)等产生的影响。例如,饱和一元醇的沸点比与其相对分子质 量接近的 烷烃或烯 烃的沸点 要高。(3)能够认识到醇类、醛类、羧酸类物质与水分子之间有氢键,对醇类、醛类、羧酸类物质在水中的溶解度造成影响。例如,对于饱和一元醇,当烷基较小时,醇分子与水分子形成氢键使醇与水能互溶;随着分子中烷基的增大,醇的物理性质接近烷烃。 2.2 u3000相对分子质量为物质性质提供了新的判断标准,这在学生实践中出现了价值和归 在必修学习阶段,没有设置关于分子间作用力的相关内容,这样在选修阶段接触这些概念对于学生来说是全新的,必然会给学生的学习和认识带来障碍。其次,共价键、离子键、金属键同样属于化学键的范畴,之间有诸多类似之处;在这部分类似概念熟悉的基础上引入一个全新的分子间作用力,从认识上讲也是必然有困难的。为了便于在教学设计中着重突破学生的障碍点,来分析学生在学习中存在的具体困难。 在“物质结构和性质”这个选修模块中,要求学生了解范德华力的大小与分子的相对分子质量之间的关系,学会预测结构和组成相似的分子形成的物质的熔点、沸点的高低问题;要求学生知道氢键的类型以及氢键对物质性质 (如熔点、沸点、溶解度)的影响。在这些方面学生存在什么样的具体困难呢?(1)学生不易理解关于范德华力强弱的如下规律:一般来说,结构和组成相似的物质,随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐增强。在教材中,此规律的得出是依据物质熔点、沸点的数据分析得出的,没有理性的推断,因此学生往往以死记为主,很难做到理解。(2)不同类型的氢键对物质性质的不同影响。不同类型的氢键对物质性质的影响是需要分情况讨论的。学生在认识上往往存在这些困难。比如:1熔点、沸点、溶解性分别是和哪些分子间