學好元素無機化學必須抓住的幾條主線

楊光

摘 要 提出學好元素無機化學課程必須抓住的幾條主線：掌握并熟練運用元素周期表；要深刻理解和熟練運用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學思想；正確運用元素電勢圖；清楚把握各章節(jié)的知識結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 元素無機化學；元素周期律；元素電勢圖

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）22-0102-03

A Few Lines in Studying Elemental Part of Inorganic Chemistry//

YANG Guang

Abstract This article shows you several lines you must have in studying the elemental part of inorganic chemistry： understand and apply the periodicity of element properly； learn to use Properties are Decided by Structures； use element potential diagram correctly； make clear knowledge framework of each unit.

Key words elemental part of inorganic chemistry； periodicity of element； element potential diagram

1 前言

化學是一門中心學科，已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各大領(lǐng)域，如能源、材料、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、信息、生命、交通以及公安系統(tǒng)等，在人們的日常生活占據(jù)越來越重要的地位[1]。基于化學學科的重要性，很多高校在全校范圍內(nèi)開設了與化學相關(guān)的基礎課、公共選修課等提高學生對化學基礎知識的認識、理解，提高學生的化學基本素質(zhì)，增強化學安全意識。

無機化學是四大基礎化學的重要分支，它是研究無機物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的一門學科。其中元素無機化學是無機化學的重要組成部分，其內(nèi)容涉及元素周期表中所有元素單質(zhì)（放射性元素除外）及其化合物的存在、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、制備以及用途，是化學從事者以及愛好者必須學習和掌握的重要內(nèi)容之一。然而這部分內(nèi)容龐雜，頭緒繁多，掌握起來難度較大。

針對這個問題，國內(nèi)很多學者對元素無機化學的教學方法進行了很多的探索和改革，對無機化學愛好者起到很好的指導作用，而涉及元素無機化學學習方法的研究卻較少[2-3]。作為一名長期從事無機化學學習和研究的愛好者，筆者在學習和研究元素無機化學的過程中，總結(jié)了幾條貫穿于元素無機化學整個課程的主線。掌握和運用好這幾條主線，會大大促進初學者對元素無機化學內(nèi)容的學習和掌握，特和大家分享。

2 學好元素無機化學必須抓住的幾條主線

掌握并熟練運用元素周期律 元素周期表是俄國科學家門捷列夫?qū)茖W發(fā)展的重大貢獻，是近代化學發(fā)展史上一座光輝奪目的里程碑。元素周期表蘊涵著豐富和深刻的內(nèi)涵，對整個化學和自然科學的發(fā)展都具有非常普遍的指導意義[4]。

元素周期律是元素周期表的一個直觀表現(xiàn)，它的基本內(nèi)容是：隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。元素的基本性質(zhì)主要包括原子半徑、（第一）電離能、（第一）電子親和能和電負性四部分內(nèi)容，它們在周期表中的遞變規(guī)律如表1所示[5]。掌握好這四個基本性質(zhì)在元素周期表中的遞變規(guī)律，有助于更好地學習、理解和掌握同族、同周期單質(zhì)或化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律。

其中，原子半徑的周期性是四個基本性質(zhì)變化規(guī)律中最基本和最重要的。結(jié)合核電荷數(shù)、原子的電子層結(jié)構(gòu)等因素，原子半徑的周期性決定著其他三個基本性質(zhì)在周期表中的變化規(guī)律。從表1不難看出，（第一）電離能、（第一）電子親和能、電負性在周期表中的變化規(guī)律與原子半徑恰恰相反。

掌握了上述四個基本性質(zhì)的周期性，可以很輕松地理解、掌握元素周期表中很有規(guī)律的一些內(nèi)容，并同時學會舉一反三，起到事半功倍的學習效果。例如，含氧酸酸性強弱取決于酸分子中質(zhì)子轉(zhuǎn)移傾向的強弱：

R-O-H+H2O→RO-+H3O+

質(zhì)子的轉(zhuǎn)移傾向越大，含氧酸的酸性越強，反之越弱。那么，質(zhì)子轉(zhuǎn)移的程度又取決于什么因素呢？質(zhì)子轉(zhuǎn)移的難易主要取決于與氧相連的R（即含氧酸中心原子）吸引羥基氧原子的電子的能力。具體來講，主要取決于R的三方面因素：半徑、電負性和氧化數(shù)。很明顯，R的半徑越小、電負性越大、氧化數(shù)越高，R吸引氧原子上電子的能力就越強，含氧酸的酸性就越強。因此，只要掌握了原子半徑、電負性在周期表中的變化規(guī)律，非金屬含氧酸酸性在周期表中的變化規(guī)律就很容易理解和掌握了。

要深刻理解和熟練運用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學思想 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學學科的重要科學思想。深刻理解和掌握這個思想在元素無機化學中的運用，對促進此部分內(nèi)容學習具有非常重要的意義。結(jié)構(gòu)可以理解為兩層含義。

第一層含義：“結(jié)構(gòu)”代表的原子結(jié)構(gòu)，即核外電子的排布。如s區(qū)金屬，它的價層電子組態(tài)為ns1-2，因此，s區(qū)元素很容易失去一個或兩個電子，達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也就是s區(qū)金屬表現(xiàn)出非常強的金屬性，在形成化合物時，主要以離子鍵為主。而ds區(qū)元素的價層電子組態(tài)為（n-1）d10ns1-2，雖然它們的最外層電子數(shù)與s區(qū)金屬相同，但是次外層卻是18電子構(gòu)型；由于18電子構(gòu)型對核的屏蔽效應較小，使得原子核對最外層電子的吸引力增強，因此，ds區(qū)金屬較s區(qū)金屬的金屬性要弱得多。同時，具有18電子構(gòu)型的金屬離子具有很強的極化力和變形性，因此，ds區(qū)金屬很容易形成共價化合物。

再如稀有氣體由于具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此它們很難發(fā)生化學反應而生成具有化學鍵的物質(zhì)。直到1962年，英國科學家巴特列敏銳地觀察到PtF6和Xe的第一電離能大小接近，一個史無前例的嘗試打破了稀有氣體完全惰性的神話。此后，很多氙的化合物被合成出來。對于這一新生事物，初學者乍掌握起來覺得很難，無法從眾多的反應方程式中把握住氙化合物的總體反應特征。利用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的科學思想，就會發(fā)現(xiàn)這類化合物表現(xiàn)出強氧化性。為什么呢？當穩(wěn)定的8電子構(gòu)型被打破，它們力求恢復到原來的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此，氙的化合物均表現(xiàn)出非常強的氧化性，且還原產(chǎn)物多數(shù)為單質(zhì)。endprint