量子化学基本原理与应用范文

关键词：高一化学教学教学内容整合策略基本概念基本理论

实施高中化学新课改后，课程结构、课程内容、教材体系相较以前都有较大改变。“用教材教而不是教教材”这种新课程理念越来越被大家肯定，在这种背景下，为提高教学实效，高一实施必修模块的教学过程中，对必修模块课程内容进行整合就显得极有意义。高一化学教学内容主要集中在基本概念（如物质的量、摩尔质量等）、基本理论（氧化还原反应、元素周期律等）、元素及化合物（主要涉及相关化学反应）、化学计算等方面，如何让学生在化学学习过程中感到相关知识的内在逻辑关系，从而实现自我建构，我有以下基于上述内容的整合策略。

1.首先进行有厚度的原子结构教学。

原子结构在高中化学中内容不多，很多时候老师都是简单带过，或者花大力气纠缠于一些计算问题，我认为都是不妥的。我们可以通过分析看原子结构辐射到的内容。

1.1原子结构与化合价

学生在初中对化合价的认识很多停留在记忆层面，“两只羊（氧）”这些谐音记忆很常见，不能说记忆不好，初中刚接触化学，记忆非常有必要，但是仅靠记忆就少了构建的根基。我们先分析原子结构，从到达稳定结构看原子如何选择得失电子，每个电子带一个单位的负电荷，原子结合或失去电子的数目决定了其在化合物中呈现的“电性”，让学生理解化合价。

1.2质子与电子的关系

从原子电中性出发，让学生理性质子数与核外电子数相等，如果一个原子团带正电就说明质子数多于电子数，这种关系可以拓展到带电体电子数的计算，如硫酸根电子数的计算就可以先计算质子数，然后根据质子数与电子数的关系计算电子数。

1.3质子、中子与相对原子的质量

我认为要解决物质的量、摩尔质量这些抽象概念的学习，学生对相对原子质量的认识绝对是关键点。教材上表述，在原子核内部，质子的质量几乎和中子的质量相等，相对于质子和中子来说，电子的质量可以忽略，所以质子数加中子数就等于质量数，这里已经反映了对电子的忽略。学生也能知道所谓“相对”必然有个标准，这个标准已经给出：■C的十二分之一，结合■C的原子结构，得知标准应该是（■个质子+■个中子），又因为质子质量和中子质量几乎相等，所以标准可以简单看成一个中子或者一个质子。从数学关系上看，两种原子的绝对质量之比与相对质量之比在数值上是相等的，那么一个■O与一个■C的质量比学生就很容易得出结论，再结合12克■C为1mol（1mol■C为12克），我们就可以解决1mol■O的质量，后面摩尔质量、质量与物质的量的关系等教学内容就能易化。

1.4原子核、核外电子对原子半径的影响

结合物理知识，原子核对核外电子有吸引作用，那么决定原子半径的因素就有电子层和核内电荷数（质子数），当电子层数相同时，影响半径的主要因素是核内电荷数，核内电荷数越大，半径越小，原子就越难失去电子，一旦失去电子形成阳离子，阳离子的得电子能力就较强；当电子层数起到决定作用时，电子层数越多，半径越大，核对电子控制力越弱，原子就越易失去电子，越容易失去电子，一旦形成阳离子，阳离子的氧化性会偏弱。用类推的手法同样可获得半径对得电子能力的影响及得电子后的还原性的规律。同时，原子核对原子半径的影响在单核离子半径的判断中同样有效，这些其实已经带领学生走进元素周期律的学习，实现自然衔接，降低元素周期律的学习难度。

2.在学习原子结构后，开展钠单质、氯单质性质的教学。

高一教材中，碱金属、卤族的元素化合物的知识是重点，这源于两个族具有典型的代表性。为了达到循序渐进的学习效果，不给学生太大的学习压力，教材首先出现的是“钠”的教学，考虑到原子结构教学中给学生渗透得失电子的知识，我将氯的教学提前，让学生在熟知原子怎样通过得失电子变成稳定结构后，开展关于钠单质、氯单质性质的教学。有了原子结构的学习铺垫，加上实验的辅佐，能让学生较为顺利地学习。这部分学习能让学生明白原子结构相关知识的重要性，也能让学生学会用理论分析物质（主要是单质）的相关性质。对于刚从初中进入高中学习的孩子们来说，也可以从侧面告诉学生化学不是单纯靠记忆的学科，需注重理性分析，实现初中化学到高中化学学习的自然过渡。

3.结合初中概念及钠、氯单质的学习开展氧化还原反应的教学。

初中化学的氧化即得氧，失氧被还原，高中从化合价上做出判断，从得失电子上做本质理解。学生在理解化合价的基础上，结合得氧、失氧的相关反应，归纳化合价的变化，再从化合价变化的度演绎得出新的氧化还原反应的定义。在进行了钠、氯单质性质的教学后，学生有了氧化还原反应、非氧化还原反应的具体事例后，会较为容易地接受新理论知识，能在化合价的变化与否上对反应进行区分，不会因为新的理论教学给学生带来困惑，并且让学生接触从归纳到演绎的学科学习方法，可谓一举多得。

4.基于对反应的计算开展物质的量等概念教学。

物质的量作为一个物理量，只是化学学习利用的一个工具，按理说这块内容不会存在太多难点。但是学生学习这一内容压力较重，原因是这块知识有很多新名词、新概念，包括物质的量、气体摩尔体积、摩尔质量、物质的量浓度等，而且背景知识的缺乏只能让学生被动地接受。微观和宏观的联系核心在于摩尔质量，由于我们在教学整合的第一部分原子结构时，基于相对原子质量的学习已经渗透了每摩尔物质质量的多少如何确定，我们可以从这个角度建立微观例子个数和宏观物质质量的联系；再从摩尔质量表达的含义（每摩尔物质的质量）推导气体摩尔体积（每摩尔气体的体积）等概念。虽然这块知识的多数概念比较虚，但是学生可以找到、找对思考的平台和空间，找到他们要的“根”，抽象问题也就具体化了。

5.以族为单位，集中学习元素及其化合物的知识。

理论有了，供参考的学习案例（氯、钠）有了，这段时期可以集中开展元素及化合物知识的教学，并且以族为单位，可以让学生更多地自主学习，学会对比、分析，找到同族元素性质的共性和递变性。帮助学生累积更多元素及其化合物的知识，也可以深化对氧化还原反应等知识的理解。更重要的是方便演示至后面元素周期律的学习。

6.在元素及其化合物的基础上结合原子结构知识，开展元素周期律的教学。

元素周期律学习的关键是对比找规律或者通过分析找规律，学生积累的相对元素及其化合物知识后，对比找规律的平台已经完善，并且和元素周期律最相关的理论（氧化还原理论）也已经在元素及其化合物的教学中得以深化，这块知识的教学既可以看成新理论的教学，又可以当做对元素及其化合物知识的复习，这也是渗透教学的一种体现，学生容易理解和接受。通过对比找寻规律，反过来利用规律探寻性质，从归纳到演绎，学生完成了一个知识体系自我构建的过程，达到内化的效果，其效果自不必多说。

7.结合氧化还原反应、元素周期律开展原电池的板块教学。

原电池其实是利用氧化还原反应的实例研究，高中原电池的教学必须结合氧化还原教学，其中最重要的莫过于对氧化性、还原性概念的理解及对氧化性、还原性的强弱对比。一旦结合氧化还原反应中还原性的对比、离子氧化性的对比，学生很容易接受为什么负极失电子，并可以保护正极不被氧化，也能明白当电解质溶液中存在多种阳离子时，到底谁先得电子。而这些都是原电池教学中的重难点，结合之前学生已有了对氧化还原反应的理解，而氧化还原反应的概念又在元素周期律中得到深化，在这种基础与平台上实施原电池教学不但学生更易接受，某种程度上更是对之前教学的深化与复习，让学生感受到学以致用的魅力，发展学生思维。

以上是基于教学时序，对高一必修中无机化学内容的整合策略。在教学实施过程中，从学生的学习常态和考试情况看，效果比较突出，学生知识系统化程度高了很多，理解也较为深刻。新课改后，各地教材版本不尽相同，内容编排也有差异，但教学不能被教材束缚，只要我们合理处理，定能感受到“用教材教而不是教教材”的魅力。

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2013年10月宁夏自考科目（自学考试各个专业的考试科目不同，具体点击查看：自学考试科目）

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量子化学基本原理与应用范文篇3

关键词：穆斯堡尔谱；效应；原理；陶瓷；应用

1前言

穆斯堡尔谱是根据穆斯堡尔效应制成的穆斯堡尔谱仪所测试得出的速度对吸收度的谱线。穆斯堡尔谱与核磁共振谱、电子顺磁共振谱、红外光谱、近红外到紫外波段的光学吸收谱（也称晶体场谱）一样，是研究物质精细结构和超精细结构的现代物理学的方法。需要指出的是，这种方法并不是研究物质化学成分及含量。如今，这个现代测试方法已广泛用于化学、物理学（特别是核物理学）、磁学、生物学、矿物学、冶金学等诸多领域。然而，迄今为止，这种测试方法在我国的传统陶瓷界尚处于萌芽阶段，甚至是空白阶段。本文的目的就是向传统陶瓷科技工作者简单地介绍有关穆斯堡尔效应、穆斯堡尔谱的获得、穆斯堡尔谱所提供的参数以及反映精细结构变化信息等知识。在本文的最后，是笔者对穆斯堡尔谱在传统陶瓷领域的可能应用及可能解决的课题提出一点看法，希望带给读者一定的参考价值。

2穆斯堡尔效应

穆斯堡尔效应是由德国科学家穆斯堡尔(R﹒L﹒Mssbauer)于1957年发现的。在1961年获得了诺贝尔物理学奖。这个效应实质上是无反冲核的γ射线共振吸收效应。它是核能级之间跃迁产生的，具有一定能量的γ射线辐射的一种共振吸收现象。

2.1共振吸收

共振吸收是常见的物理现象。例如，两个固有频率相同的音叉放在一起时，如果一个音叉受到击打而发出声音，那么另一个未受击打的音叉也会吸收前一个音叉的能量，跟着振动，并发出相同的声音，这就是共振吸收现象。

同样，当具有一定能量的γ射线辐射到含有某种原子核的物质上时，当这个能量恰好等于该物质原子核的基态与激发态之间的能量差时，则这个原子核就会对辐射的γ射线产生共振吸收（如图1）。

2.2多普勒效应

多普勒效应也是一种物理现象。在科学意义上，多普勒效应定义是：当一个发射电磁波或声音的辐射体，由于它相对于观察者运动而改变了辐射体电磁波或声音的频率。也就是说改变了辐射体电磁波或声音的能量。这种改变的现象即为多普勒效应。这个效应运用到能量为Er的γ射线辐射体时，如果这个辐射体放在运动着的载体上，那么它辐射γ射线的能量就会发生改变，其改变的能量数值为：ΔEs=（V0／C）·Er。显然，辐射γ射线的能量的改变与辐射体载体的运动速度V0与光速C之比成正比。

2.3反冲现象与反冲能量

当炮弹从炮管发射时，会产生后推的反冲力，同时使炮弹运动的能量相应有所减少，这就是反冲现象。同样，当原子核发射γ射线时，原子核本身会受到反冲作用，并产生反冲能量。这样，发射出来的γ射线能量Er将等于原子核激发态与基态之间的跃迁能量减去反冲的能量，即Er=（Ee-Eg）-ER（式中，Er为γ射线辐射的能量，Ee为原子核的激发态能量，Eg为原子核的基态能量，ER为反冲能量）。基于相同的反冲原理，原子核接受γ射线辐射时，也会再一次发生反冲作用，同时又会损失由于反冲作用造成的能量。因此，辐射的γ射线在发射与接收两个阶段，总共损失了二倍的反冲能量（2ER）。这与相同原子核实现共振吸收欠缺了二倍的反冲能量（2ER）。为了克服和补偿反冲能量，一方面可将辐射的原子核与吸收的原子核扩散到无限排列的相同晶体晶格中，将会形成一部分无反冲的核（它们可以产生无反冲核的共振吸收）；另一方面也可以利用多普勒效应，将辐射γ射线的原子核放在振动器上，作等加速运动，补偿一系列不同量的能量，形成一系列能量扫描。这样，总有一些能量正好可以补偿反冲核的γ射线辐射能量，也就满足了相同核的共振吸收的条件，产生共振吸收。

2.457Fe的穆斯堡尔效应

迄今为止，只有40多种元素、70多种同位素有这种无反冲核的γ射线的共振吸收效应（即穆斯堡尔效应）。然而，只有数种同位素的穆斯堡尔效应比较强烈，也比较容易观察到这种共振吸收效应。其中最有意义，也最常用的是57Fe的穆斯堡尔效应。这是因为Fe元素在地壳中的丰度占第四位，仅次于氧、硅、铝三种元素。鉴于此，含铁的矿物和化合物普遍存在。

可以产生γ射线辐射的57Fe源自钴（57Co）俘获电子的衰变，即：57Co+e57Fe。57Fe是处于激发态的放射性核，它可以辐射出三种能量的γ射线（如图2）。

如图2所示，第一种57Fe核的γ射线辐射的能量为137keV；第二种57Fe核的γ射线辐射的能量为123keV；第三种57Fe核的γ射线辐射的能量为14.4keV。在这三种不同能量的γ射线辐射中，以第三种能量辐射作为观察穆斯堡尔效应的辐射源。它是57Fe核的基态到第一激发态的能级之间的辐射源。

357Fe穆斯堡尔谱仪的结构与基本工作原理

57Fe穆斯堡尔谱仪的基本结构示意图如图3所示。

穆斯堡尔仪的工作原理是：辐射源57Co与振动器联结在一起，使辐射的γ射线获得等加速运动（产生多普勒速度），实现了不同能量γ射线辐射的扫描。当透过含有57Fe核的样品时，特定能量的γ射线与样品57Fe核发生共振吸收，这就导致探测器探测的γ射线辐射减少，并在多道分析记录的相应道址的记数减少。由于能量扫描与运动速度扫描是同步进行的，因此就获得速度与记数对应的速度谱，这就是穆斯堡尔谱。

在进行测试时，将样品粉碎至250目以下，压制成直径为1cm左右的圆片即可。制样简单也是穆斯堡尔谱测试的优点之一。

457Fe穆斯堡尔谱的参数及其反映的结构信息