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运用纳米技术拍出的“中国”照片

1．由原子组成的最小汉字“中国”的说明：

中国科学院北京真空物理实验室的研究人员于1993年底至1994年初，以超真空扫描隧道显微镜（STM）为手段，在Si表面上开展了原子操纵的研究，取得了世界水平的成果。

他们在室温下，用STM的针尖，并通过针尖与样品之间的相互作用，把硅晶体表面的原子拨出，从而在表面上形成一定规则的图形，如“中国”等字样，这些沟槽的线宽平均为2nm（1nm＝1×

10－9m）是目前在室温时，人们在Si表面“写”出的最小汉字。

凹陷的地方是原子被拨出后显下的深黑色沟槽，凸起的亮点是散落的原子形成的，显白色。

2．扫描隧道显微镜：

扫描隧道显微镜（scanningtunnelingmicroscope，简称STM）是1982年德国科学家宾尼（GerdBinnig，1947－）与其同事共同研制成功的世界第一台新型的表面分析仪器。

STM的研制成功为人类认识微观世界的奥秘又提供了一个十分有用的工具，使人们第一次能够直接观察到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学和微电子技术的研究有着重要的意义。

为此，他们与电子显微镜的发明家鲁斯卡（EmstRuska）一起荣获1986年诺贝尔物理奖。

STM具有原子级分辨率，可分辨出单个原子；

还具有直接观测的性能，STM的基本原理是基于量子的隧道效应。

将原子线度的极细针尖和被研究物质的表面作为两个电极，当针尖与样品的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一电极，这种现象叫做隧道效应，产生的电流就称为隧道电流。

隧道电流的强度对针尖与样品表面之间的距离非常敏感。

通过计算机系统控制针尖在样品表面扫描。

把针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来，也就是说，STM是通过在针尖扫描时，控制针尖与样品间的距离恒定不变，从而使针尖随样品表面的起伏而起伏。

针尖运动的轨迹就表现了样品表面的形貌。

3．关于化学发展史的分期问题：

化学究竟从什么时候开始进入了她的近代化学时期？

史家都称1774年拉瓦锡（A．L．Lavoisier）提出元素概念结束燃素论不久，道尔顿（J．Dation）于1803年提出原子学说，使化学进入了这个持续至今以原子论为主线的新时期。

实际上，化学进入近代化学时期后，势如破竹的发展所依据的最基本的理论始终是原子－－分子理论，简称原子理论。

它指明：

不同元素代表不同原子；

分子是由原子在空间按一定方式或结构结合而成的；

分子的结构直接决定其性能；

分子进一步聚集成物体。

原子理论结束了持续几个世纪炼金和炼丹家的盲目实践。

有人认为，炼金家之所以长时期与硫黄和重金属打交道，是基于他们的一个信念：

只要把硫黄的亮黄色和重金属的高密度这两个性质掺和在一起就可炼出黄金来。

历史已经证明，在近代化学时期之前，化学并没有经历过像物理学发展进程中出现过的那个经典物理学时期（或牛顿力学）。

到近代物理两个时期。

同此．我们要有一个共识，一般说来，化学就是指近代化学。

板书：

实用技术……近代化学……现代化学

（冶金、火药、造纸）（原子－分子学说）（物质结构理论）

展示：

橡胶、合成纤维、半导体材料、光导纤维（这些物质称之为材料）

非金属材料（如：

陶瓷）

化学组成金属材料（合金）

有机高分子（橡胶）

复合材料（多功能）

高功能材料（超导）

结构材料（耐高温）

信息材料（液晶）

4．材料和材料科学

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。

例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。

一种新型材料的研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变化。

石器、陶瓷、铜、铁、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料等的发明，为人类进步提供了重要的物质基础。

没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；

没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；

没有低损耗的光导纤维，便不会出现光信息的长距离传输，也就没有现代的光通讯；

没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。

相反，有很多新技术，因材料不过关，很难实现。

例如，长距离输电，中途损耗很大，以致造成我国全国电力分布不均。

如果在室温工作的、价廉的超导材料研制成功，就会出现新的局面。

又如，太阳能是取之不尽、用之不竭，而又没有污染的一种能源，但我们目前还没有价廉、寿命长、光电转换效率很高的材料，把光能变为电能，因而太阳能现在还没有成为世界上的主要能源。

因此，在一定意义上讲，材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，不可能使新的科学技术成为现实生产力。

例如，新型材料的合成与制造往往与许多极端条件技术，如超高温、超高压、超高真空、超高速、超高纯、微重力和极低温等相联系。

问题：

除了合成材料外，人类社会还有哪些问题需要化学解决呢？

①．化石能源有限，开发新能源。

②．环境保护。

③．提高农作物产量，解决吃饭问题。

④．维护人体健康（药）。

书图：

P4图5，运用化学知识研究实际问题。

自然界存在光能转换：

6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2↑

构想：

2N2＋6H2O……4NH3＋3O2

2CO2＋4H2O……2CH3OH＋3O2

CO2＋2H2O……CH4＋2O2

第一章化学反应及其能量变化

第一节氧化还原反应

1．在复习四种基本类型的反应以及从得氧、失氧角度划分氧化反应和还原反应的基础上，使学生了解化学反应有多种不同的分类方法，各种分类方法由于划分的依据不同而有不同的使用范围。

2．使学生会用化合价升降的观点及电子转移的观点，来理解氧化还原反应，并会利用“双线桥”分析氧化还原反应。

3．使学生了解氧化剂和还原剂。

4．对学生进行对立统一等辩证唯物主义观点教育。

一、化学反应的类型

1．初中的两种不同分类方法

①．从形式上划分：

化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应

课练：

教与学P8

注：

基本类型的分类方法是形式上划分，不能反映化学反应的本质，也不能包括所有的化学反应（Fe2O3＋3CO＝2Fe＋3CO2）。

②．从得氧失氧（是否与氧气反应）的角度：

氧化反应、还原反应

*2、不同角度对化学反应分类

氧化还原反应

非氧化还原反应

离子反应

非离子反应

吸热反应

放热反应

可逆反应

非可逆反应

二、氧化还原反应

△

1．狭义的氧化还原反应概念

2Cu＋O2＝2CuO

Cu→CuO：

物质得氧叫氧化反应。

CuO＋H2＝Cu＋H2O

CuO→Cu：

物质失氧叫还原反应。

H2→H2O：

教与学P10

得失氧的角度不准确：

①、将氧化反应、还原反应两个过程分割开。

也就是说氧化、还原反应是同时发生、同时存在的，不可能单独发生。

②、缩小了氧化还原反应的范围。

复习书P7、P8表格，讨论P8

2．广义的氧化还原反应

分析反应：

CuO＋H2＝Cu＋H2O（Ⅰ）

2Na+Cl2＝2NaCl（Ⅱ）

不同点：

Ⅰ、有氧参加反应，有物质结合氧。

Ⅱ、无氧参加反应，无物质结合氧。

相同点：

反应前后元素化合价发生改变。

CuO＋H2＝Cu＋H2O

同理分析2Na+Cl2=2NaCl

结论：

Ⅰ、氧化还原反应：

凡有元素化合价升降的化学反应。

Ⅱ、氧化反应：

物质所含元素化合价升高的反应。

还原反应：

物质所含元素化合价降低的反应。

Ⅲ、化合价升高……被氧化（氧化反应）……还原剂

化合价降低……被还原（还原反应）……氧化剂

问：

分析元素化合价升、降之间有何关系？

«

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共升高2价

共降低2价

Ⅳ、在一个氧化还原反应中，元素化合价升高总数等于元素化合价降低总数。

思考：

化合价升降的观点，有何更大的意义？

分析一些没有氧气参加而化合价有变化的氧化还原反应。

教与学P102。

例：

判断H2＋Cl2、Fe＋Cl2、Zn＋HCl、CaCO3＋HCl、Na2CO3＋H2SO4、MgO＋HCl是否为氧化还原反应？

指出氧化剂、还原剂？

谁发生氧化反应、还原反应？

3、四种基本反应类型与氧化还原的关系

讨论：

书P11、书P11图1－7，举例

基本反应类型

氧化还原

非氧化还原

规律

化合反应

有单质参加的一定是氧化还原反应

分解反应

有单质生成的一定是氧化还原反应

无单质生成的可能是氧化还原反应

置换反应

都是氧化还原反应

复分解反应

都不是氧化还原反应

***

元素化合价的升、降与元素得失电子有何关系？

2Na+Cl2=2NaCl

Na－«

＝Na＋，共失去2«

，升高2价

Cl2＋2«

＝2Cl－，共得到2«

，降低2价

4．氧化还原反应：

凡有电子转移（得失或偏移）的反应就是氧化还原反应。

（H2＋Cl2偏移）

注：

①、化合价升高……失电子……被氧化……还原剂

化合价降低……得电子……被还原……氧化剂

②、在同一反应中：

失电子总数＝得电子总数（问题的本质）

③、氧化反应：

失去电子的反应。

得到电子的反应。

④、氧化反应和还原反应是同时存在。

⑤、氧化剂：

得电子物质。

还原剂：

失电子物质。

⑥、电子转移和化合价的关系：

―4、―3、―2、―1、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5、＋6、＋7

⑦、氧化还原反应的判定：

特征：

化合价的变化。

本质：

电子得失转移。

练习：

1．教与学P14“扫描1、2”

2．指出氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、被氧化、被还原？

Fe＋CuSO4、KClO3分解、Cl2＋H2O

三、常见的氧化剂、还原剂

1．氧化剂：

反应中凡能得电子的物质。

①、活泼非金属单质。

Cl2、O2

②、高价金属阳离子。

Ag＋、Fe3＋、Cu2＋（最高价只有氧化性、中间价如Fe2＋呢？

）

③、较高价含氧化合物。

MnO2、KMnO4、HNO3

2．还原剂：

反应中凡能失电子的物质。

①、活泼金属单质。

Al、Mg

②、某些非金属单