1972年，著名学术期刊Nature上刊登了日本学者藤岛昭、本田健一等的重要研究成果：TiO2电极在紫外光照射下可以将水分解成氢气和氧气。他们的成果奠定了光催化产氢技术的理论基础，揭示了氢能源取代化石燃料的可能性。因此迅速引起了全球科学界的研究热潮。

藤岛等发现的反应可表示为：

目前认为，半导体的能带结构常由一个充满电子的低能价带（VB）和一个空的高能导带（CB）构成，价带与导带之间区域称为禁带，区域的大小称为禁带宽度。半导体禁带宽度一般为0.2-3.0eV，是一个不连续区域。半导体的特殊能带结构决定了它的光催化特性。

当用能量等于或大于禁带宽度（Eg）的光照射时，半导体价带上的电子受光激发跃迁到导带，形成带负电的高活性电子，价带上则相应地产生带正电的空穴，组成电子-空穴对。光生空穴能够与吸附在催化剂表面的OH-或H2O发生反应生成·OH，羟基自由基的氧化活性比空穴更高，能够氧化多种有机物并使其矿化；空穴本身也能夺取吸附在半导体表面的有机物中的电子，使原本不吸收光的物质被直接氧化分解。光催化过程实际上包含光生空穴的氧化反应和光生电子的还原反应两个过程，二者又相互影响、相互制约。

光生电子和空穴在体相和表面复合时，被吸收的光子能量以热的形式被释放。

半导体光催化材料在光照射下，能够被光子所激活，实现电子或空穴流动，并在其表面上发生很强的氧化或还原作用（即反应体系在光催化下将吸收的光能直接转化为化学能），使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。半导体反应前后不发生变化。

如果一个能带中的某一个能级的能量为E，则该能级被电子占据的概率符合费米函数f（E）。f（E）=1/2时，E所对应的能级为费米能级，记作EF。导体的费米能级以下的能级都被电子所填充，高于EF的能级全空。即费米能级EF是0K时电子所能占据的最高能级。

三、影响半导体产氢光催化剂性能的主要因素

1. 光催化剂的能带结构和能级位置

在热力学上，此因素既可决定光催化产氢反应能否进行，也可以确定光催化剂对太阳光谱的吸收范围。理论上，要实现光催化分解水，光催化剂的禁带宽度应大于或等于1.23 eV（≤1000 nm）。同时，水的氧化还原电位应该位于光催化剂的带隙中，即光催化剂的导带底应更负于H+/H2的还原电位（0V, vs NHE, pH=0），而其价带顶应更正于O2/H2O的氧化电位（1.23eV, vs NHE,

2. 光催化剂的光生电子和空穴的分离效率

在动力学上，此因素既可决定最终参与光催化产氢反应的光生电子和空穴的数量，也可决定整个光催化反应的量子效率。抑制电子和空穴复合的有效方法是向反应液中加入氧气、臭氧、过氧化氢、过二硫酸盐、三氧化二铁等氧化剂，它们既是良好的光生电子受体，本身也可以氧化有机物。

3. 光催化剂的表面性质

如表面反应过电势、表面反应活性位点、光催化剂的形貌结构和空间排列等。

四、催化剂颗粒大小对光催化活性的影响

1. 粒子量子化后表面缺陷和活性中心大大增加；

2. 粒子量子化将增加催化剂的表面积，减少比表面积对反应速率的约束；

3. 量子化的粒子更容易让分离的电子-空穴对扩散到表面，从而减少两者在晶体内的复合几率；

4. 纳米尺寸（1—10 nm）的晶粒有量子尺寸效应，导致禁带变宽，从而具有更强的氧化还原能力。

五、二氧化钛晶体结构对光催化活性的影响

1. 晶格缺陷是光催化反应中的活性位。但过多的缺陷也可能成为电子空穴的复合中心，从而降低反应活性。

2. 用于光催化的二氧化钛主要有锐钛矿型和金红石型两种。锐钛矿型属四方晶系；4个二氧化钛分子组成一个晶胞；金红石型属四方点阵，负离子类似六方密堆积，正离子占据所有八面体空隙的一半，化学组成比n+/n-=1:2；每个晶胞仅一个2A-4B结构基元。由于晶胞八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同，使得金红石型表面吸附有机物和氧气的能力不如锐钛矿型，因而锐钛矿型的催化活性明显高于金红石型。

3. 由于二氧化钛不同晶面上粒子的排布不同，故不同晶面上对物质降解的光催化活性和选择性将有很大差别，因此锐钛矿型和金红石型所构成的混合晶型的光催化活性一般要比单一晶型的光催化活性强，其原因在于不同晶相颗粒间形成了新的表面结构，提高了催化剂活性。

六、光催化产氢现存的主要问题

大部分半导体产氢光催化剂属于宽带（>3eV）催化剂。由于受到自身能带结构的限制，上述光催化剂只能吸收约占太阳光谱能量不到5%的紫外光，无法利用占比很大的可见光。主要包括大部分过渡金属氧化物以及少数氮化物、硫化物和磷化物。

由光催化产氢机理可知，光生电子和空穴的高效分离是保证反应效率的重要前提。但对于绝大多数半导体产氢光催化剂而言，光生电子和空穴的表面和结构内复合的概率很大，无法避免。这会严重降低产氢反应的量子效率。

大多数半导体产氢光催化剂的表面反应过电势过高、没有合适的反应活性位点或反应活性位点少，导致上述光催化剂在产氢反应中表现出较低的表面反应速率，影响光催化产氢反应的效率。

光催化分解水的逆反应是氢气和氧气在光催化剂的作用下生成水。正逆反应的进行都需要借助半导体产氢光催化剂的表面反应活性位点，但是，多数光催化剂的表面活性位点对正反应的选择性不强或者并不具备选择性，因此往往会导致正逆反应竞争，大大降低了反应效率。

当前半导体光催化技术的理论基础是半导体物理学中的能带理论，而这一系列理论大都针对块体材料。对于微纳米功能性半导体产氢光催化剂来说，很多理论有待完善。目前，半导体产氢光催化剂在反应中的电子传递机理的研究也已经展开，只是大多研究尚处于理论推测阶段，缺乏直接有力的实验证据。另外，产氢反应属于表面反应，但对该反应的表面催化过程的直观表征方法尚未建立，反应物和生成物分子在光催化反应过程中的变化缺乏直接证据。

七、高效产氢光催化剂的选择标准

1. 具有较高的禁带宽度

理论上讲，只要半导体吸收的光能（hν）不小于其带隙能（B.G.），能足以激发产生电子和空穴，该半导体就有可能用作光催化剂。从常见的单一化合物光催化剂多为金属氧化物或硫化物，他们禁带宽度较高，能使化学反应在较大范围内进行。

2. 具有宽的太阳光谱响应范围

太阳光谱中大部分的能量集中在紫外、可见和红外光区。其中，紫外光区占比重最少，不到5%。可见光区比重约占43%，红外光区约为52%。因此，有效利用可见光甚至是红外光，就可实现高效的能量转化。

3. 具有高的光生电子和空穴分离效率

目前，光催化剂的大多数光生电子和空穴均被体相和表面复合消耗掉，致使光量子效率较低。因此，高效产氢光催化剂应该包括良好的电子传递路径以及合适的电子受体。

4. 具有高活性的表面反应位点

光催化剂的光生电子和空穴经过分离和迁移后，均会被光催化剂表面的反应位点捕获并借助位点参与光催化反应。高活性的反应位点可以降低光催化剂的表面反应过电势，从而保证光催化产氢反应的高效进行。

5. 能够有效抑制副反应

光催化剂对于正向反应的选择性决定了整个反应的效率，高效的光催化剂应能在有效促进正反应的同时，抑制副反应发生。

6. 具有较好的稳定性

光催化产氢反应的氢源可以是水，也可以是甲醇、乙醇、甲酸、乳酸等可提供电子的牺牲剂。光催化剂重复使用的重要前提是光催化剂在不同液相体系中的良好的稳定性。这是光催化剂走向实用的关键。

八、半导体催化剂改性的目的

1. 提高光催化剂的稳定性；

2. 扩大激发光波长范围，以便充分利用太阳能；

3. 促使光生电子与空穴的分离，抑制其复合，从而提高量子效率。

九、半导体催化剂改性的常用手段及原理

1. 催化剂表面贵金属沉积：半导体催化剂表面与贵金属接触时，光生载流子重新分布，电子从费米能级较高的半导体转移到费米能级较低的金属，直到两者费米能级相等。形成的肖特基势垒就成为俘获光生电子的有效陷阱，因而抑制了光生电子与空穴的复合，提高催化活性，拓展了可利用的激发光波长。

过渡金属离子掺杂：某些金属离子能有效地俘获催化剂表面半导体导带中的电子，从而降低了电子与空穴的复合速率，并有可能使掺杂后催化剂的吸收波长范围扩展至可见光区。同时金属离子的掺杂可能在半导体晶格中引入缺陷位置或改变结晶度，成为电子或空穴的陷阱而延长寿命。但掺杂量过多时掺杂离子反而会成为复合中心。因此过渡金属离子的掺杂往往存在最佳量。对于稀土金属离子而言，电子亲合势与离子半径的比值越大，掺杂后催化活性越低，Sm（III）、Er（III）、Lu（III）除外。

3. 复合半导体：能带结构相匹配的半导体间光生载流子的分离和迁移提升了二元复合半导体的活性。复合后，光生电子和空穴分别处于二氧化钛的导带与复合材料的价带，量子效率大大提升，光生载流子分离；

4. 半导体光催化剂的光敏化：光敏化物质（如染料等）受光照激发后，处于激发态的活性物质的氧化电势比半导体导带的电势更负，两者之间存在的电势差就使得光生电子注入到半导体的导带中，从而使量子效率大大提高。

十、半导体催化剂的使用方式及优缺点

1. 悬浮态：悬浮态是将催化剂以粉末形式均匀悬浮在反应液中。优点：没有传质阻力；催化剂有较大比表面积，反应物与催化剂颗粒表面能充分接触，催化效率高。缺点：催化剂活性成分损失较大；催化剂的分离和回收过程繁琐；悬浊液中光的穿透性差；其它化学组分对光吸收的影响较大等。常出现催化效率随溶液浓度的增加而减弱等问题，使其很难在水处理中广泛应用。

固定态：固定态就是用适当的方法将催化剂固定在合适的载体上。合适的载体材料可以增加反应的有效比表面积，提供适合的孔结构，提高催化剂的机械强度、热稳定性和抗毒性，降低生产成本。优点：催化剂薄膜可由多种粒径和类型的载体制备；膜的厚度、均匀性、结晶性等都较易控制；制备技术也较简单。缺点：如反应物与催化剂接触的有效表面积有限；存在传质阻力等。因此固定态催化效率较悬浮态低，但这些问题可通过设计和选择适当载体和反应器来解决。目前，载体的选择及催化剂固定化技术的研究已成为半导体光催化研究的一个重要方面。

十一、现有高效光催化材料及原理

1. 金属或非金属离子掺杂光催化材料

掺杂金属离子的目的是在宽带半导体的禁带中引入杂质能级。一般情况下，这种被引入的杂质能级略高于价带顶（受主能级）或略低于导带底（施主能级）。其中，受主能级使得宽带半导体价带中的电子可以被具有相对较低能量的可见光激发并从价带向比其导带底部能量更低的杂质能级的跃迁，施主能级使得处于该杂质能级的电子可以被具有相对较低能量的可见光激发并从该杂质能级向其导带跃迁，两种方式都可以达到扩展太阳光谱响应范围的目的。目前可用于金属离子掺杂的金属元素主要有:Cr,

非金属元素掺杂的目的也是拓展宽带半导体光催化剂的光谱响应范围。与金属离子掺杂有所不同的是，非金属元素掺杂不会在宽带半导体的禁带中形成受主或者施主能级，而是通过上移半导体光催化剂的价带顶的方式，使其禁带变窄，从而具有更宽的太阳光谱响应范围。实现上移价带顶的原理是：大部分宽带半导体是氧化物，构成其价带能级的主要是O2p轨道，该轨道能级低于其他非金属元素的p轨道能级，利用其他非金属元素的原子来取代氧化物中的O原子，可以提高该氧化物的价带顶能级位置，使半导体的带隙变窄，实现可见光响应。目前用于非金属元素掺杂的非金属元素主要有N,

除了单一掺杂金属离子或非金属元素之外，金属离子间、非金属元素间或金属离子和非金属元素间的共掺杂也可以有效拓展光催化剂的太阳光谱响应范围。

金属或非金属离子掺杂的缺点：掺杂所引起材料的晶格缺陷一方面可以作为界面电荷迁移的介质提高光生电子和空穴的分离效率，另一方面，也可能成为两者的复合中心，增加光生电子和空穴的复合几率，降低光催化剂的催化活性。

2. 染料敏化光催化材料

染料敏化技术是一种常见的拓展宽带半导体可见光响应的技术，该技术将具有可见光响应的染料与宽带半导体光催化剂复合，拓展宽带光催化剂的光谱吸收范围，提高其光能转化效率，进而提高其光催化效率。染料分子吸收某一特定波长的可见光后由基态被激发到激发态，由于染料分子的激发态能级高于半导体的导带能级，因此上述光生电子会由染料分子的激发态能级迁移到半导体的导带能级。在这里，光生电子可以还原质子产生氢气。同时，处于氧化态的染料分子可以接收来自电子供体的电子并被还原，进而完成染料分子自身的再生。目前可用于光催化剂可见光敏化的染料主要包括：Ru配合物染料、过渡金属配合物染料及非金属染料等。

染料敏化光催化材料的缺点：用于敏化光催化剂的染料分子通常不太稳定，自身会在光催化反应过程中脱落、分解或者性质发生改变，影响对光催化剂染料敏化的效果。此外，有机染料作为印染废水中的主要成分，会对水体环境造成污染，这也限制了有机染料在光催化领域的大规模使用。

3. 固溶体光催化材料

固溶体光催化剂是一类由具有相似晶格结构的宽带和窄带半导体通过高温共溶形成的具有固溶体结构的半导体材料，其禁带宽度一般介于构成该固溶体材料的宽带半导体与窄带半导体的禁带宽度之间。通过这种同时调整半导体导带和价带位置来调控其禁带宽度的方式，可以达到拓展光谱响应范围进而提高光催化效率的目的。目前报道的固溶体光催化剂主要包括硫化物固溶体、硫氧化物固溶体、氧化物固溶体及氮氧化物固溶体等。

虽然固溶体光催化剂的优点是可以通过调节固溶体组分组成来调节其能带结构，但是合成固溶体的反应一般需要经过高温锻烧步骤，反应较剧烈，因此在合成过程中不太容易做到对固溶体中各组分含量的精密控制。此外，高温锻烧的能耗较高，限制了此种光催化材料的大规模制备和应用。

4. 窄带半导体光催化材料

窄带半导体光催化材料理化性质稳定，环境友好，价格低廉。目前已经被开发出的窄带半导体可见光光催化剂主要包括金属氧化物、异金属氧化物、氮化物、硫化物、硅化物及磷酸盐等。

窄带半导体的缺点：大多数窄带半导体光催化剂的稳定性不及以二氧化钛为代表的宽带氧化物半导体光催化剂。此外，由于能带较窄，这些窄带半导体光催化剂的还原能力或者氧化能力一般没有传统的宽带半导体光催化剂强。

5. 异质结光催化材料

具有相似晶体结构、相近原子间距和热膨胀系数的不同半导体相互接触时，在其接触界面处会形成内建电场。内建电场会为光生电子和空穴在不同半导体间发生定向迁移提供驱动力，这样可以有效的促进光生电子和空穴的分离，从而提高光催化效率。一般情况下，在异质结光催化材料中，光生电子会发生由具有较高导带能级的半导体的导带向具有较低导带能级的半导体的导带的定向迁移，而光生空穴会发生由具有较低价带能级的半导体的价带向具有较高价带能级的半导体的价带的定向迁移。传统的半导体异质结包括同型异质结和异型异质结。除此之外，还有半导体和金属形成的肖特基结等。

6. Z体系光催化材料

与异质结光催化材料相似，构建Z体系光催化材料的目的同样是将具有不同能带结构的半导体材料复合，通过不同半导体之间的能带匹配，来实现光催化体系内高效的光生电子和空穴分离，进而提高光催化效率。两者的不同点是：异质结光催化材料利用的是两种半导体中相对较低还原（氧化）能力的导带（价带），而Z体系利用的都是相对较低高还原（氧化）能力的导带（价带），这在热力学上更有利于光催化反应的进行。

Z体系虽然具有同时利用最高还原和氧化能级的特点，但其对组成材料间的能级匹配程度以及对选择组分间的电子传递链的要求较高，使材料选择和制备难度增加，不容易实现。

7. 基于助催化剂的光催化材料

光催化反应中，常用具有较半导体光催化剂更低费米能级的材料作为助催化剂。当助催化剂材料与半导体光催化材料接触时，光生电子会由半导体的导带向助催化剂表面迁移并被捕获。随后，光生电子在其表面参与光催化还原反应，而留下的光生空穴会向半导体的表面迁移并参与光催化氧化反应。这一过程不仅可以促进光生电子和空穴的分离，而且可以实现氧化反应和还原反应的空间分离，从而能够提高光催化剂的量子效率和光催化反应的效率。此外，除了可以促进光生电子和空穴的分离之外，助催化剂还可以为光催化反应提供表面活性位点来降低表面反应过电势，从而提高光催化反应的表面反应速率。现有的助催化剂主要包括:过渡金属助催化剂、过渡金属氧化物助催化剂、过渡金属硫化物助催化剂或前三者混合使用的助催化剂等。

8. 有机金属骨架（MOFs）光催化材料

MOFs配位中心的过渡金属离子易于得失电子，使其具有催化氧化还原反应的能力。除自身具有用于光催化剂的潜力之外，MOFs所具有的独特的多孔结构和大的比表面积，使其可以作为纳米颗粒光催化剂的支撑体来合成基于MOFs的复合光催化剂。此外，根据具体的反应对金属离子中心和有机配体进行匹配也是MOFs的一大优势。目前MOFs材料在气体光催化方面已经有了相关应用，但因MOFs在水中的稳定性比较差，其在水体光催化领域应用较少。这也对开发基MOFs的光催化剂提出了挑战。

9. 光子晶体光催化材料

自然界中广泛存在着一类具有周期性介电结构的材料，这类材料被统称为光子晶体材料。通常认为光子晶体主要包括蛋白石结构和反蛋白石结构两种结构，它们具有光子禁带，可以通过全反射的方式禁止特定频率的光子在其中传播。同时，光子晶体的周期性结构，会在光子带隙边缘处引入慢光导模，从而实现极慢光。由于光子晶体所具备的调控光子传播过程的特性以及光子晶体在结构模型和研究方法上与半导体具有许多可以相互借鉴之处，这类材料被认为在半导体光催化领域的研究中具有巨大的前景。

目前对光子晶体的研究主要集中：开发新型方法用于制备具有典型光子晶体结构的光催化剂，考察光子晶体结构对光催化剂光吸收特性的影响；将具有典型光子晶体结构的光催化剂与具有其他结构和特性的光催化材料相结合，构建高效光催化剂。

不管是对光子晶体的单独使用还是联合使用，在制备过程中合理的调整光子晶体光催化剂的结构参数都可以实现对不同波长范围太阳光谱光吸收特性的改善和增强，进而可以提高该类光催化剂的光催化特性。目前已知的光子晶体光催化剂包括：TiO2, WO3, ZnO

10. 表面等离子共振材料

表面等离子共振现象发现于1902年。当光在光密介质和光疏介质之间传播时，入射角θ1、折射角θ2和光密介质的折射系数n1以及光疏介质的折射系数n2间满足法国物理学家斯涅尔的光学定理方程：

当入射角增大到某一角度时，折射光会平行于光密和光疏介质的界面传播，这时在不同介质界面会发生入射光的全反射现象，这部分折射光被称为界面全反射的倏（音“叔”）逝波，它可以引发金属表面的自由电子相对于正电荷密度的起伏振荡，被称为金属的等离子体振荡。在入射角或波长为某一适当值的条件下，等离子体振荡与倏逝波的频率和波数相等，二者将发生共振，形成了电子的集体振荡，入射光被吸收，能量转移给表面等离子体，反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰，引起表面等离子共振效应。

2008年，学界首次提出表面等离子体光催化剂的概念，其本身特有的表面等离子共振效应还可以使其吸收特定波长的可见光，并产生局域电场来促进光催化剂的光生电子和空穴的产生，从而增强光催化剂的性能。在此之前，贵金属纳米颗粒通常被用做半导体产氢光催化剂的助催化剂，其作用主要体现在提高光生电子和空穴的分离效率，降低反应的过电势以及作为析氢反应的活性位点等方面。

表面等离子共振效应可以增强光催化剂性能的作用机理如下：其一，金属纳米颗粒等离子共振效应所产生的热电子会传递到与其复合的半导体光催化剂的导带参与反应。其二，金属纳米颗粒等离子共振形成的强局域电磁场可以加速在这个电场范围内与其复合的半导体光催化剂的光生电子和空穴的形成。其三，金属颗粒的等离子共振效应所造成的共振光子的散射会导致半导体阵列中的光子具有更长的光程，可以被更好的吸收，从而提高光生电子和空穴的生成数量。

表面等离子共振效应与贵金属纳米颗粒的尺寸和形状密切相关，因此，对贵金属纳米颗粒尺寸和形貌的调控显得尤为重要。而日益成熟的纳米材料合成技术，为等离子共振效应在包括光催化产氢领域在内的多个领域的应用奠定了坚实的基础。

在众多具有表面等离子共振效应的贵金属纳米颗粒中，Au纳米颗粒受到了研究人员的广泛关注。Au纳米颗粒的红颜色这就是Au纳米粒子的等离子共振效应引起的现象。当Au纳米颗粒远远小于入射光的波长时，在其表面的自由电子会因光电诱导产生相干振荡，这就是表面等离子共振。Au纳米颗粒可通过局域表面等离子共振效应吸收特定波长的光。其中，尺寸在20-100nm的Au颗粒对应吸收波长在520-600 nm的可见光。一般情况下，小于20nm的金颗粒主要表现为吸收。当Au颗粒尺寸从20 nm增加到80 nm时对光的散射也相应增加。Au的等离子共振能带的消光系数可高达1011M-1，远高于所有有机染料，这一优势特性使得Au纳米颗粒具有替代染料用于敏化光催化剂的潜力。理论上，在光催化反应中，Au纳米颗粒被可见光激发后，由于具有较高的等离子共振能级（1.7eV vs SHE）。其光生电子可以传递到光催化剂表面参与反应。另一方面，Au纳米颗粒的表面等离子共振效应可以提供一个局域近场电场，这些电场能够促进可见光区域光催化剂的光生电子和空穴对的产生，进而提高光催化剂的催化活性。通常，Au纳米颗粒会与支撑材料结合形成复合光催化剂。支撑材料可以为金纳米颗粒的附着和分散提供良好的平台。

Au/半导体复合光催化剂是将Au纳米颗粒通过物理或者化学方法与半导体光催化剂相结合构建而成复合光催化剂，最典型的是Au/TiO2。这类光催化剂的作用机理为，Au通过等离子共振作用吸收可见光并产生光生电子，光生电子传递到半导体表面进行光催化反应。

Au/绝缘体复合光催化剂具有不同于Au/半导体复合光催化剂的特点。Au纳米颗粒的导带电子吸收光能被激发为表面高能电子，这些高能电子很容易活化颗粒表面的分子进行化学反应。光吸收和催化反应都发生在纳米颗粒上，因此Au纳米颗粒与绝缘体载体间没有电荷传递。纳米颗粒表面的导带电子密度远远高于任何半导体，这些电子可以驱动催化剂上的反应。Au纳米颗粒比半导体对反应物特别是有机分子具有更好的亲和力。

认识原子核 说课流程图 教材分析 1.教学内容 2.教材的地位和作用 3. 教学目标 4.教学的重点与难点 教学内容 本节内容选自苏教版化学必修1专题1化学家眼中的物质世界第三单元（人类对原子结构的认识）第二课时。本节课的主要内容包括：原子核的构成---质子、中子、电子;同位素的概念。 教材的地位和作用 认识原子核之前，学生已经了解了人类认识原子结构的历程，了解了原子是由原子核和核外电子组成，了解了核外电子分层排布以及在化学反应中原子核外电子排布可能会发生变化，即已对原子结构发展以及原子中的电子部分作了详细学习，接下来就该学习原子的另一部分原子核。学习了原子核，才算完整的认识了原子结构，认识了原子结构才能进入微观世界探索物质的奥秘，这也为后续专题中从原子结构的有关知识角度认识某些元素的化学性质和氧化还原反应的概念打下了理论基础。 教学目标 知识技能： ⒈复习原子构成的初步知识，使学生懂得质量数和AZX 的含义，掌握构成原子的粒子间的关系； ⒉知道同位素概念。 过程方法： 采用教师引导，学生阅读资料、自己提出问题、并自主地跟同学交流、自己完成讨论结果的方法，教师多创设情景让学生自主学习、自主地总结出规律。 情感态度： 让学生充分体验交流讨论、发现规律、得出结论的过程，让学生在获得有关知识的同时又体验自己学习后获得的成功感。 教学的重点与难点 原子核的组成，原子质子数、中子数和质量数的关系。 同位素、核素的概念及其辨识。 既是本节的重点也是本节的难点 学情分析 学生在之前的学习中已对微观粒子有了一个初步的认识，但还不够深刻，对原子核内部的关系还认识不够清楚。因此可以结合学生已知的内容，和一些具体数据和一些文献资料让学生自主学习，探究此节课内容。 教法、学法 回忆相对原子质量的定义，并讨论C-12指的是什么样的原子？ 讲解原子核结构、组成及其各组成的性质。 搞清原子的质子数、中子数和质量数的关系。 理解X、A、Z、c、d、e所指代的含义 讲解，列出电性关系的关系式 讲解元素、核素、同位素的概念、同位素的特点以及元素相对原子质量的计算方法 再次归纳本课重难点 教学过程 回忆相对原子质量的定义，并讨论C-12指的是什么样的原子？ 讲解原子核的组成部分：质子、中子、电子 阅读表1-7，质子、中子、电子的电性和电量怎样？比较三种粒子的质量大小、带电荷情况。什么是相对质量？ 归纳出构成原子的微粒 通过填写书P31表1-8，并引入新概念质量数并归纳出： 如果忽略电子的质量，将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来，所得的数值，我们称之为质量数。 质量数 —— A、Z、c、d、e各代表什么？ 电性关系： 原子：核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数 阳离子:核电荷数（Z）=核内质子数＞核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数+电荷数 阴离子:核电荷数（Z）=核内质子数＜核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数—电荷数 元素：具有相同质子数的同一类原子的总称。 电性关系： 原子：核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数 阳离子:核电荷数（Z）=核内质子数＞核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数+电荷数 阴离子:核电荷数（Z）=核内质子数＜核外电子数 核电荷数（Z）=核内电子数—电荷数 ⑶质量关系:质量数（A）=质子数(Z)+中子数（N） ⒉元素、核素、同位素 * * * * 教材分析 学情分析 教法、学法 教学过程 返回 返回 返回 返回 返回 回忆、思考 根据表格自己归纳总结 记忆、理解 利用习题 自我巩固 听讲 思考 记忆 帮助学生回忆以前的旧知识，为接下来学习打下伏笔 1.008 1.007 1/1836 相对质量 1.675×10-31 1.673×10-27 9.109×10-31 质量/kg 0 正电荷 1.602×10-19 负电荷 1.602×10-19 电性和电量 中子 质子 原子核 电子 构成原子的微粒 与前面的知识相结合，形成完整的知识结构 由表格内容自己总结，提高学生的思维能力。 质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N） 核电荷数 —— （核内质子数） X A Z ——元素符号 含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。 核电荷数=核内质子数=核外电子数=原子序数 X A Z 原子 原子核 核外电子（Z） 质子（Z） 中子（N＝A - Z） 进一步了解各个符号的代表意义 A Z X c+ - - +d e A——代表质量数； Z——代表核电

在一定温度下，将气体X和气体Y各2 mol充入某10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)+Y(g) 2Z(g) △H<0，—段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：

B．该温度下此反应的平衡常数K=64

C．平衡后其他条件不变，再充入2 mol Z，新平衡时X的体积分数增大

D．反应进行到10 min时保持其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v(逆)>v(正)