“元素第一電離能”教學實錄

摘要：記錄了“元素第一電離能”的教學過程：通過“化學史話”引出“電離能”概念，通過“問題情景”構建“元素第一電離能”的知識體系，最后回歸、總結元素周期律。分析了每個教學環節的設計意圖，探討了概念教學的新途徑。

關鍵詞：元素第一電離能；教學實錄；概念教學

文章編號： 1005–6629(2012)5–0044–04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

1 教學背景

《物質結構與性質》模塊特點是“知識抽象、理論性強”，既沒有生動的內容，又很難安排有趣的實驗，是教師普遍認為空洞難教的一個模塊。加之，這個模塊中的大多知識點在教學大綱里要求并不高，無需加深。因此，就導致了不少教師在教學中會就知識點講知識，將內容和規律直接告訴給學生。這樣，概念和理論只是簡單地從課本搬到學生記憶中，不利于學生對知識的掌握。

教學實踐中我們以學習“元素第一電離能”這一概念教學作為嘗試，讓概念學習的課堂同樣煥發生機，既收到了很好的教學效果，又激發了學生的學習興趣。

2 教學目標

（1）在必修化學的基礎上，進一步理解元素周期律；了解元素第一電離能的概念和隨原子序數遞增的周期性變化的規律；了解電離能的簡單應用。

（2）在教學過程中，培養學生知識的遷移能力和分析推理能力。

（3）在探究過程中，增強學生探究能力和相互協作能力。

3 設計流程

4 教學過程

4.1 環節一：化學史話——引出“電離能”概念

師：眾所周知，以前人們把稀有氣體稱之為惰性氣體，為什么稀有氣體會有這種稱呼呢？

生（異口同聲）：因為它們的性質很穩定，難以反應。

師：是的，以前都認為稀有氣體是不能反應的，直到1962年英國化學家巴特列在室溫下第一次合成出真正的Xe的化合物后才改變了人們的這種看法。巴特列通過實驗發現了強氧化性的PtF6(g)可以將O2分子氧化成O2+，從而反應生成新的化合物。他考慮到Xe 電離一個電子（變成Xe+）所需要吸收的能量，與O2電離一個電子（變成O2+）所需要吸收的能量非常相近，進行了模仿O2 的這一反應的探索，最終成功地合成了Xe的化合物。

在正式公開課之前，原本的設計是將Xe與PtF6反應的產物“O2PtF6”介紹給學生，這樣使典故的內容相對完整。后來在磨課的時候，組內同事一致認為要進行刪減，主要是學生并沒有學過配位化合物相關知識，第一次接觸O2PtF6這類化合物，會感到突然，加上對其中離子O2+、PtF6-中元素化合價的陌生，很可能會造成學生學習上的困惑，如果要讓學生解除這些困惑，就得花時間介紹，這樣就會造成教學重心的偏離。正式公開課時，干脆避開化合物“ XePtF6”，并在投影“電離—電子—吸收—能量”幾個字的地方用黑體字加深，這樣更直接突出本節課的重點。

師：巴特列獲得了諾貝爾獎，他的成功之處不僅是首次合成了稀有氣體的化合物，更重要的是，開辟了一種新的研究方向，通過對比電離產生的能量相近來合成新物質，我們將這種能量稱之為“電離能”。

設計意圖：為什么要提到稀有氣體？用關于稀有氣體的化學典故來引出“電離能”概念，激發學生的興趣；用稀有氣體的穩定性為下面引導學生理解第一電離能的特殊性埋下伏筆。

[PPT]展示：元素電離能定義“是指使氣態原子失去電子變成氣態陽離子，需要克服主要來自于核電荷的引力而消耗的最低能量。”

師：原子失去電子時，吸收還是放出能量？電離能反映了原子得到還是失去電子傾向的大小？電離能越大，表示原子失去電子需要的能量越多還是越少，原子越難還是越易失去電子？

設計意圖：問題層層深入，將新知識與學生原有的認知有效地串聯在一起。

電離能的概念在教材中并沒有出現，教材中僅出現的是第一電離能的概念，但是設計教學的時候，認為在這里將電離能的概念呈現給學生，并詳細地講解并不是畫蛇添足，還是比較恰如其分的，既起到承上的作用，又為第一電離能的概念做了個良好的鋪墊。這樣，后面第一電離能的概念的引入就順水行舟，并且講解也無需再濃墨重彩了。關于電離能定義中出現的“氣態”“最低”兩個限定詞的處理，備課的時候，大家商量認為不能視而不見的。新概念的引入需要科學性和完整性的，但也不必在此過于糾纏，點到為止就行了。

4.2 環節二：問題情景——構建“元素第一電離能”的知識體系

4.2.1 創設情境：讓學生探索第一電離能周期性變化的規律

[PPT]展示：元素第一電離能定義“是指氣態原子失去一個電子形成+1價氣態陽離子所需的最低能量。”

[概念應用]

1、已知1 mol M(g)-e-→M+(g) 時所需的最低能量為738 kJ。則M元素的I1=

2、已知鈉元素的I1=496 kJ/mol。則1 mol Na(g)-e-→Na+(g)時所需的最低能量為

如何突破這節課的教學重點？是教學設計的關鍵。最初設計的教學流程是在引出元素第一電離能定義之后，就將書本上的元素第一電離能的圖示展示給學生看，圖示會清晰明了地將元素第一電離能的大小呈現出來，接著讓學生總結其周期性變化規律及其突變性規律，再解釋規律的原因，最后讓學生進行簡單的練習與運用。這樣的思路也是很順暢的，簡單直接的，從學生對知識的掌握角度來說是可以達到較好的效果的。但是，這樣設計的教學，總使我們感覺缺少了什么……思前想后，感覺是過程，一個讓學生自主探究的過程，一個讓他們以后記憶猶新的過程。

為此，我們另辟蹊徑，嘗試著要讓學生自己探究發現規律。

[PPT]展示：堿金屬元素第一電離能

師：為什么堿金屬元素Li、Na、K、Rb第一電離能會逐漸減小？

師：你們認為，這里是什么因素在影響元素的第一電離能大小？

那么，怎么引導才能讓學生發現周期性變化規律？多年的教學經驗告訴我們，學生在這里往往會將元素的第一電離能與之前所學元素的金屬性進行同化，為此，設計了用堿金屬Li、Na、K、Rb第一電離能呈現的遞變性，來引導學生將所學知識進行遷移。從而更容易發現原子半徑是影響元素第一電離能的因素之一，再根據半徑的周期性來探索出第一電離能周期性變化的規律。

設計意圖：利用學生頭腦中已有的元素周期律的知識，在教師的引導下，通過尋找影響電離能的因素，順利地發現了元素第一電離能的周期性變化規律。

4.2.2 巧設“陷阱”：使學生引發認知沖突

師：根據同周期和同主族元素原子半徑、金屬性與非金屬性的遞變規律來推測元素第一電離能的大小變化規律，繪制3~18號元素第一電離能變化示意圖。

[PPT]展示主族元素的原子半徑示意圖（略）。

應該說，影響元素第一電離能的因素較多，之前在學生尋找到原子半徑這一因素的時候，教師也只是強調了這一點，對其它影響因素避而不談，這是有意的。這里PPT又展示了主族元素的原子半徑示意圖，更是有預謀的。其用意是在加深學生頭腦中原子半徑對元素第一電離能的影響的印象。這樣，既可以強調第一電離能周期性變化的規律，又在為后面引發學生認知沖突，發現第一電離能的特殊性設置“陷阱”。

[學生] 學生交頭接耳，覺得很新奇，一起討論、紛紛動手繪畫，課堂氣氛很活躍。

[教師]待同學們都畫好之后，利用PPT展示學生們畫的比較典型的示意圖如下：

設計意圖：讓學生對比分析圖示，討論對錯，總結原因，這樣強化了元素第一電離能周期性變化的規律。

經過上述的教學過程，當大多數的學生都自認為對元素第一電離能的周期性變化有了個正確把握的時候，教師不失時機地用PPT展示3至10號元素第一電離能大小變化的示意圖，及所有元素周期表中元素的第一電離能圖示。鮮明的區別使學生產生認知沖突，形成疑問，產生了濃厚的求知欲望。頭腦中會形成“為什么第一電離能和我們總結的有所不同？是不是影響元素第一電離能的不僅僅是原子半徑？那還有哪些因素呢？”等諸如此類的問題。

4.2.3 突破瓶頸：讓學生認識第一電離能的特殊規律

師（趁熱打鐵）：有沒有發現短周期元素中，哪幾個族的第一電離能顯得特別？

生：第IIA和第VA族

師：正確的。為什么這些族的元素顯得與眾不同，第一電離能偏偏比其右邊的元素要大一點？

生（交頭接耳，不知所云）。

師：看來把大家難住了，我們暫且把它擱置一下。（微笑著）大家先看看書上圖表，找找同一周期中第一電離能最大的元素是什么？

生（異口同聲）：稀有氣體。

師：同學們回答得很對。稀有氣體原子的第一電離能最大，也就是說它們在同周期中最難電離出電子，為什么呢？

生：稀有氣體由于具有穩定的電子層結構。

師：的確，稀有氣體原子電子排布的穩定性是決定稀有氣體第一電離能較大的主要因素。請大家書寫He、Ne、Ar、Kr的核外電子排布式，再書寫第三周期Mg、P元素的核外電子排布式，對比一下，你們從中得到了什么啟發？

設計意圖：如果將學生頭腦中形成的困惑當作一種疑難病癥的話，設置的“稀有氣體的穩定性”，在這里起到了藥引的作用，它將學生的思維導向了影響元素第一電離能大小的另一因素——元素原子核外電子排布的穩定性方向上去思考。學生會豁然開朗，順利地發現當外圍電子在能量相等的軌道上形成全空、半滿或全滿結構時，原子的能量較低，元素的第一電離能較大。

師（總結）：今天的探究，使大家認識到了隨著核電荷數的增多元素第一電離能呈周期性變化的規律，也了解了原子半徑和電子排布的穩定性會影響元素第一電離能的大小。其實，影響元素第一電離能的因素還有很多，而且元素第一電離能的大小并不是單一因素在影響，而是眾多因素共同影響的結果。

[隨堂練習]

問題1：判斷下列元素第一電離能的大小：

Na K；O N；N P；F Ne；

Mg Al；S P；Cl S；Cl Ar。

問題2：將下列元素按第一電離能由大到小的順序排列。

（1）K Na Li ； （2）B C Be N；

（3）He Ne Ar ； （4）Na Al S P。

設計意圖：對本堂課的重點的基礎知識加以及時鞏固。

4.2.4 不斷推進：完善元素第一電離能的認知構建

[PPT]展示：第二電離能“是指+1價氣態離子失去一個電子形成+2價氣態陽離子所需的最低能量稱為元素的第二電離能，用I2表示。類似用I3、I4…表示元素的第三、四…電離能等。”

問題1 觀察分析下表電離能數據回答問題：

（1）Mn元素外圍電子排布式為 ，

（2）Fe元素外圍電子排布式為 ，

（3）比較兩元素的I2、I3可知，氣態Mn2+再失去一個電子比氣態Fe2+再失去一個電子難，對此，你的解釋是 。

師：電離能大小不僅直接表示元素氣態基態原子或離子失去電子的難易；而且還是元素通常價態易存在的因素之一。

設計意圖：題目拓展了學生的視野，發展了學生對元素第一電離能的認識，深化了學生的思維，完善了學生的認知。

4.3 環節三：語言渲染——回歸、總結元素周期律

師：大千世界，紛繁復雜，變幻多姿。面對生機勃勃、變化無窮的大自然，人們從遠古時代就開始探尋：是什么物質構成了如此豐富多彩的自然界物質？（稍頓片刻）是我們元素周期表上僅有的一百零幾種元素，這無不讓人驚嘆，自然界造物的精彩！更神奇的是，不管外界多么變化，這些元素的原子堅守的是那份不變的永恒的規律——元素周期律。

[PPT]展示：元素周期律“科學實驗研究表明，原子核外電子排布的周期性變化導致元素性質呈周期性變化，這些性質主要有：元素的金屬性與非金屬性、元素的主要化合價、原子半徑、元素的第一電離能等……”。

5 專家點評

概念的建立，注意了學生前學習經驗，使學生不是簡單地把概念從課本搬到記憶中，而是通過與原有知識的相互比較中獲取新的概念，并在實踐的基礎上不斷修正，比較中加深理解，更有利于知識的掌握。

教學設計思路清晰順暢，知識的呈現水到渠成，教師采用了創設問題情境，巧設“陷阱”，突破瓶頸，層層遞進的方式，完善了第一電離能的認知構建。教學過程采用了學生討論探究，教師引導，解決問題的方法，充分調動了學生的主觀能動性，學生動手動腦動口，課堂氣氛活躍，高潮迭起。通過教師巧妙地設計，帶給了學生難忘的體驗過程，知識體系必定會在學生頭腦中留下深刻的印象。

6 教學感想

《物質結構與性質》模塊的內容已經決定了其教學的難度，這是擺在教師面前無法回避的事實。但是，在教學中，只要我們精心備課，從學生的理解層面出發，選擇合理的教學方法，優化教學策略，化繁難為簡易，化抽象為具體，化枯燥為生動，同樣能夠使教學豐富多彩，達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2004.

[2]張大均.教育心理學（第二版）[M].北京：人民教育出版社，2004.