對(duì)原子結(jié)構(gòu)教學(xué)中兩個(gè)問(wèn)題的討論

陳麗華+施志斌

摘 要：中學(xué)原子結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)中，容易產(chǎn)生一些缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性的情況。針對(duì)能級(jí)交錯(cuò)與分裂、洪特規(guī)則等內(nèi)容教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的例子進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu)；問(wèn)題；教學(xué)

化學(xué)上經(jīng)常說(shuō)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)”。新課改后，高中化學(xué)引入了部分大學(xué)內(nèi)容并結(jié)合高中原有物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，組成《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》選修課程。在該教材實(shí)施過(guò)程中，涉及原屬于大學(xué)內(nèi)容的原子結(jié)構(gòu)部分，由于教材的語(yǔ)言不詳、教輔的誤導(dǎo)、忽視經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的適用條件等因素影響，長(zhǎng)期存在一些問(wèn)題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時(shí)，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說(shuō)明。從教材給出的信息及其他教輔習(xí)題的拓展，往往引導(dǎo)師生認(rèn)為“3d軌道能量比4s高”的結(jié)論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導(dǎo)書寫電子排布式的過(guò)程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過(guò)渡金屬失去電子等，卻容易出現(xiàn)問(wèn)題。為什么這些過(guò)渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學(xué)上不是說(shuō)“能量越低越穩(wěn)定”嗎？

通過(guò)對(duì)第四周期元素3d和4s軌道能量的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)只有K、Ca在選擇電子填充位置時(shí)，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現(xiàn)E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強(qiáng)調(diào)“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級(jí)交錯(cuò)、能級(jí)分裂現(xiàn)象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實(shí)。

二、Cu+結(jié)構(gòu)比Cu2+穩(wěn)定，性質(zhì)卻不如Cu2+穩(wěn)定

物質(zhì)的穩(wěn)定性決定因素有許多，原子（離子）結(jié)構(gòu)只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態(tài)時(shí)，Cu+比Cu2+穩(wěn)定，與電子構(gòu)型的穩(wěn)定性有一定的關(guān)系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時(shí)，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補(bǔ)第二電離能，還使總反應(yīng)表現(xiàn)為放熱，有利于朝歧化方向進(jìn)行。

三、啟示

在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行正確解讀，不能想當(dāng)然地拓展而失去科學(xué)性支持。在不能違背認(rèn)知規(guī)律，提前學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)知識(shí)的前提下，在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)過(guò)程中不妨告訴學(xué)生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結(jié)構(gòu)并非決定物質(zhì)性質(zhì)的唯一因素等。這些真相點(diǎn)到即可，不僅不會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，還能消除誤解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)前階段所學(xué)化學(xué)知識(shí)的局限，增加學(xué)習(xí)興趣，也給以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)留下探索空間。

參考文獻(xiàn)：

王祖浩.物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì).2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學(xué)本科。就職于福建省長(zhǎng)樂(lè)市第一中學(xué)，研究課堂教學(xué)等。

摘 要：中學(xué)原子結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)中，容易產(chǎn)生一些缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性的情況。針對(duì)能級(jí)交錯(cuò)與分裂、洪特規(guī)則等內(nèi)容教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的例子進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu)；問(wèn)題；教學(xué)

化學(xué)上經(jīng)常說(shuō)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)”。新課改后，高中化學(xué)引入了部分大學(xué)內(nèi)容并結(jié)合高中原有物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，組成《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》選修課程。在該教材實(shí)施過(guò)程中，涉及原屬于大學(xué)內(nèi)容的原子結(jié)構(gòu)部分，由于教材的語(yǔ)言不詳、教輔的誤導(dǎo)、忽視經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的適用條件等因素影響，長(zhǎng)期存在一些問(wèn)題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時(shí)，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說(shuō)明。從教材給出的信息及其他教輔習(xí)題的拓展，往往引導(dǎo)師生認(rèn)為“3d軌道能量比4s高”的結(jié)論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導(dǎo)書寫電子排布式的過(guò)程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過(guò)渡金屬失去電子等，卻容易出現(xiàn)問(wèn)題。為什么這些過(guò)渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學(xué)上不是說(shuō)“能量越低越穩(wěn)定”嗎？

通過(guò)對(duì)第四周期元素3d和4s軌道能量的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)只有K、Ca在選擇電子填充位置時(shí)，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現(xiàn)E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強(qiáng)調(diào)“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級(jí)交錯(cuò)、能級(jí)分裂現(xiàn)象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實(shí)。

二、Cu+結(jié)構(gòu)比Cu2+穩(wěn)定，性質(zhì)卻不如Cu2+穩(wěn)定

物質(zhì)的穩(wěn)定性決定因素有許多，原子（離子）結(jié)構(gòu)只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態(tài)時(shí)，Cu+比Cu2+穩(wěn)定，與電子構(gòu)型的穩(wěn)定性有一定的關(guān)系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時(shí)，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補(bǔ)第二電離能，還使總反應(yīng)表現(xiàn)為放熱，有利于朝歧化方向進(jìn)行。

三、啟示

在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行正確解讀，不能想當(dāng)然地拓展而失去科學(xué)性支持。在不能違背認(rèn)知規(guī)律，提前學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)知識(shí)的前提下，在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)過(guò)程中不妨告訴學(xué)生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結(jié)構(gòu)并非決定物質(zhì)性質(zhì)的唯一因素等。這些真相點(diǎn)到即可，不僅不會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，還能消除誤解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)前階段所學(xué)化學(xué)知識(shí)的局限，增加學(xué)習(xí)興趣，也給以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)留下探索空間。

參考文獻(xiàn)：

王祖浩.物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì).2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學(xué)本科。就職于福建省長(zhǎng)樂(lè)市第一中學(xué)，研究課堂教學(xué)等。

摘 要：中學(xué)原子結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)中，容易產(chǎn)生一些缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性的情況。針對(duì)能級(jí)交錯(cuò)與分裂、洪特規(guī)則等內(nèi)容教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的例子進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu)；問(wèn)題；教學(xué)

化學(xué)上經(jīng)常說(shuō)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)”。新課改后，高中化學(xué)引入了部分大學(xué)內(nèi)容并結(jié)合高中原有物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，組成《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》選修課程。在該教材實(shí)施過(guò)程中，涉及原屬于大學(xué)內(nèi)容的原子結(jié)構(gòu)部分，由于教材的語(yǔ)言不詳、教輔的誤導(dǎo)、忽視經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的適用條件等因素影響，長(zhǎng)期存在一些問(wèn)題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時(shí)，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說(shuō)明。從教材給出的信息及其他教輔習(xí)題的拓展，往往引導(dǎo)師生認(rèn)為“3d軌道能量比4s高”的結(jié)論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導(dǎo)書寫電子排布式的過(guò)程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過(guò)渡金屬失去電子等，卻容易出現(xiàn)問(wèn)題。為什么這些過(guò)渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學(xué)上不是說(shuō)“能量越低越穩(wěn)定”嗎？

通過(guò)對(duì)第四周期元素3d和4s軌道能量的計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)只有K、Ca在選擇電子填充位置時(shí)，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現(xiàn)E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強(qiáng)調(diào)“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級(jí)交錯(cuò)、能級(jí)分裂現(xiàn)象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實(shí)。

二、Cu+結(jié)構(gòu)比Cu2+穩(wěn)定，性質(zhì)卻不如Cu2+穩(wěn)定

物質(zhì)的穩(wěn)定性決定因素有許多，原子（離子）結(jié)構(gòu)只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態(tài)時(shí)，Cu+比Cu2+穩(wěn)定，與電子構(gòu)型的穩(wěn)定性有一定的關(guān)系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時(shí)，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補(bǔ)第二電離能，還使總反應(yīng)表現(xiàn)為放熱，有利于朝歧化方向進(jìn)行。

三、啟示

在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行正確解讀，不能想當(dāng)然地拓展而失去科學(xué)性支持。在不能違背認(rèn)知規(guī)律，提前學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)知識(shí)的前提下，在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)過(guò)程中不妨告訴學(xué)生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結(jié)構(gòu)并非決定物質(zhì)性質(zhì)的唯一因素等。這些真相點(diǎn)到即可，不僅不會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，還能消除誤解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到當(dāng)前階段所學(xué)化學(xué)知識(shí)的局限，增加學(xué)習(xí)興趣，也給以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)留下探索空間。

參考文獻(xiàn)：

王祖浩.物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì).2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學(xué)本科。就職于福建省長(zhǎng)樂(lè)市第一中學(xué)，研究課堂教學(xué)等。