基础无机化学“f区元素”课程设计的新认识和重构
徐玲, 刘冰, 焦宝娟, 胡满成, 高胜利

New Insight and Reconfiguration in the Course Design of "f-Zone Elements" in General Inorganic Chemistry
Ling Xu, Bing Liu, Baojuan Jiao, Mancheng Hu, Shengli Gao
表1 f区元素教学模块的建议内容
模块单元内容布局及核心点讲授设计策略主要设计特点
1. 稀土元素概述(1学时)内容:稀土元素和镧系元素的概念;稀土元素的发现和命名;稀土元素在自然界中的存在;稀土元素资源的分布及我国的稀土资源;稀土元素的一般性质
核心点:稀土元素和镧系元素的概念;我国的稀土资源及特点;稀土元素的一般性质
前三个内容为线上提供资料学生自学;略讲我国的稀土资源及特点;详讲稀土元素的一般性质(从电子结构及成键讲述价态、原子半径和离子半径、离子的颜色等规律性或周期性特点);全面介绍稀土元素一般性质的规律性、典型化学反应、晶体结构的多样性、制备技术线上线下混合;依据课时安排张弛有度;有例题、思考题启发学生思考、交流;尽量精制表、彩图穿插,利于科学解析和阐释及课件制作;提供充足的参考文献,注重及时引入最新研究成果
历史事件回顾1):混合稀土的分组命名
历史事件回顾2):有关f区元素定义的争论仍在继续
专题讲座
专题讲座
提高科学思辨能力,吸收化学史的营养
2. 稀土元素的光谱性质和磁学性质
(0.5学时)
内容:稀土元素的光谱性质;物质的磁性
核心点:镧系离子的电子构型及基态光谱项;稀土金属的磁性特性
线上提供资料,课堂明晰概念:从镧系离子的电子构型及基态光谱项,引出有重要用途的镧系三价离子的能级和吸收光谱;从稀土元素离子的磁矩引出稀土金属的磁性及其与d过渡元素磁性的对比。目的在于讲清楚“构效关系”不是基础课核心内容,将光谱性质和磁学性质放在一起,注重概念和特点,为后面应用打基础,保持知识的连续性和科学性。目的使学生清楚“学以致用”
3. 镧系元素的重要化合物(0.5学时)内容:氧化数为+3的化合物;氧化数为+2和+4的化合物;纳米稀土氧化物
核心点:重要稀土化合物(卤化物、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐、碳酸盐、磷酸盐、高氯酸盐);氧化物及氢氧化物;几种重要的纳米稀土氧化物
重点知识详讲:物理性质、化学性质的某些规律性、制备及应用基础。提倡“发散思维”注重从表、图中获得信息,理出头绪;提供充足的参考文献
4. 稀土元素配位化学简介(1学时)内容:稀土元素结构化学;稀土元素配位化学简介;稀土配合物的一般合成;稀土配合物的热力学性质;稀土与无机配体生成的配合物;稀土与大环配体及其开链类似物生成的配合物;稀土生物配合物
核心点:稀土元素结构化学;稀土元素配位化学简介
重点知识讲解保持张弛有度:尝试将结构化学和配位化学放在一个模块,基本内容偏重基础,适当扩充知识深度和宽度;稀土元素配位化学是在学生已有“配位化学知识基础”上学习,扩充应用范围,体现“高阶性”不是基础课核心内容,注重概念和特点,为后面应用打基础,保持知识的连续性和科学性。注重利用结构数据和热力学数据对问题的阐释
5. 稀土元素的提取(0.5学时)内容:提取稀土元素的概况;提取稀土元素的工业原料;稀土精矿的分解;稀土元素的化学法分离;稀土元素的离子交换法分离;稀土元素的溶剂萃取法分离
核心点:稀土精矿的分解;稀土元素的主要分离方法概述
重点知识详讲:我国稀土不光是资源储量世界第一,而且在资源开发和工业生产中的理论、工程技术也是独占鳌头。尽力突出中国科学家对世界科学进步的贡献,利于体现一个国家、一个民族的价值观体系功能,激起学生的爱国情怀重点以典型的稀土矿为例讲解矿物分解原理、工艺、生产;以无机元素分离方法为基础,突出工业离子交换法和溶剂萃取法分离应用;提高学生的知识应用能力
历史事件回顾3):徐光宪发展串级萃取理论线上提供资料+专题讲座:突出中国稀土20世纪70年代对国际稀土界形成“中国冲击”,是北京大学徐光宪院士等提出的串级萃取理论及工业实践突出中国科学家的贡献,学习老一辈科学家的敬业精神和爱国情怀,学习理论联系实际的研究作风、科学研究方法;将专业与思政有机结合,提高教材质量
6. 稀土元素的应用简介(0.5学时)内容:磁性材料;荧光、激光材料;玻璃陶瓷材料;贮氢、超导材料;在冶金工业、催化、农业、医药中的应用
核心点:光、电、磁性质在先进功能材料中的应用
线上提供丰富资料,学生自学;提示注重构效关系、新型材料应用以文献索引引导学生自主学习、认真思考(设置思考题)
7. 锕系元素简介(1学时)内容:锕系元素的概念;锕系元素的一般性质;锕系元素的几种重要反应;锕系元素的几种重要化合物;锕系元素的分离;锕系元素的应用和毒性
核心点:一般性质;重要反应;重要化合物;锕系元素的分离、应用
线上提供丰富资料,学生自学;课堂重点知识详讲,构架锕系元素知识的完整性以对照镧系元素特征规律的方式揭示锕系元素与镧系元素的异同和特点