挖掘教材素材，使講道理成為物質結構與性質模塊教學的主旋律

楊唐靖（廣東省江門市新會陳經綸中學　廣東江門　529100）

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挖掘教材素材，使講道理成為物質結構與性質模塊教學的主旋律

楊唐靖
（廣東省江門市新會陳經綸中學廣東江門529100）

摘要：如果充分挖掘并靈活運用人教版《物質結構與性質》一書中的模型、圖形、數據、實驗等方面的各種素材，通過提問、找證據、說理由等形式，使學生明白物質結構與性質是一門講道理的科學，就容易在這一模塊的教學實踐中，取得好的教學效果。

關鍵詞：高中新課程；物質結構與性質；講道理的科學

物質結構與性質模塊涉及的知識抽象、理論性強，對于絕大多數學生來說，總感覺到這一模塊神秘、深奧、枯燥、難懂、難學，如何解決這一問題？本文以人教版《普通高中課程標準實驗教科書化學選修3物質結構與性質》（以下簡稱人教版《物質結構與性質》）一書為例，探討在教學中如何充分利用教材提供的各種素材，通過提問、看書、思考、討論、交流等教學形式，可以讓學生體會和認識到《物質結構與性質》是一門講道理的科學，使學生明白再難、再深奧的知識，只要講道理，就能想得清楚，看得明白，并能深刻地理解和掌握這門學科知識。教學過程中教師除利用好人教版《物質結構與性質》一書中的學與問、思考與交流、科學探究等欄目所提供的問題進行教學外，還要認真研究教材，在這本書的每一章、每一節的內容上再精心設計出一些有價值的、有思維力度的好問題作為講道理的素材，就會在我們平時的教學中取得好的教學效果。因此本文通過對這本書中的模型、圖形、數據、實驗等教材素材的分析來展現講道理這一教學特色，不足和錯誤之處，敬請同行批評指正。

一、重視在模型分析中講道理

利用模型分析，展開聯想，在白磷與氧氣反應的產物分析中講道理。教學中可以要求學生仔細觀察人教版《物質結構與性質》一書第36頁資料卡片上的P4、P4O6、P4O10這三種分子結構中的球棍模型（如圖1所示），說明為什么白磷與氧氣反應的產物是P2O3、P2O5？

學生經過仔細觀察后，可得出白磷分子（P4）是正四面體形結構。從幾何上來看正四面體有4個頂點，6條邊，4個P原子占據正四面體的4個頂點，當與氧氣發生反應時，正四面體6條邊上的6個P—P鍵就會發生斷裂，在2個P原子之間加入一個O原子形成2 個P—O鍵，所以6條邊上就會加上6個O原子，與4 個P原子之間就可形成12個P—O鍵而生成P4O6，即產物為P2O3。P原子的最外層有5個電子，在P4O6中的每一個P原子都形成了3個P—O鍵，因此在P4O6中的每一個P原子和每一個O原子都達8電子的穩定結構，能生成穩定的P4O6分子，但P4O6中的每一個P原子還有一對孤對電子，還能與每一個O原子形成一個配位鍵，所以在P4O6的基礎上可以再增加4個O原子而生成P4O10，即產物為P2O5。同樣P4O10中的每一個P原子和每一個O原子也都達8電子的穩定結構，所以白磷在氧氣充足的情況下，生成的穩定產物為

圖1

平時在我們的教學中，是非常注重強調物質的結構決定物質的性質這一觀點的，但物質的結構是如何具體去決定化學反應的過程，影響參加化學反應的物質的性質的？在這些方面上的實例并不多，需要我們注意開發和積累這些方面的素材。用P4、P4O6、P4O10結構中的球棍模型，說明白磷與氧氣反應的產物為P2O3、P2O5這一實例，是物質的結構決定物質的性質這一觀點的生動體現，使學生體會到可以從一些物質的具體結構上，去觀察和深刻理解某一個具體的化學反應的反應原理，進一步體會到我們現在所學的結構知識是非常有用的。

二、重視在圖形分析中講道理

利用圖形變化，在氫鍵知識的學習中講道理。在學習人教版《物質結構與性質》一書第48頁氫鍵及其對物質性質的影響內容時，可利用圖形合理設計問題來加以引入新課，創設講道理的氛圍，使教學生動活潑。具體如下：觀察人教版《物質結構與性質》一書第55頁第5題的兩張圖（如圖2、圖3所示），從中能得到什么信息？每一條曲線的含義是什么？你能解釋哪一條曲線的變化規律？

圖2

圖3

每一條曲線表示的都是同一主族元素氫化物的沸點，隨周期數的增加所表現出來的變化關系，實質上是同一主族元素氫化物的沸點跟相對分子質量大小的關系。面對這兩張圖，一般可以解釋圖3的沸點變化曲線，因為對于組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，分子間作用力越大，物質的沸點就越高；C、Si、Ge、Sn、Pb是第IVA元素，所以其氫化物的組成和結構相似，從CH4到PbH4其相對分子質量是逐漸增大，因而其沸點是逐漸升高。但圖2中的第VA元素的NH3，第VIA元素的H2O，第VIIA元素的HF的沸點卻出現反常，不像同主族的其它元素氫化物的沸點那樣隨相對分子質量的增大而升高，這些物質的沸點反常是什么原因呢？這是因為NH3、H2O、HF分子之間除了存在范德華力外，還存在著氫鍵的作用。那么什么是氫鍵呢？氫鍵是除范德華力外的另一種分子間作用力，它是由已經與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子與另一個分子中電負性很強的原子之間的作用力。請看第19頁的元素電負性數值，分析什么樣的原子才算電負性很強的原子？電負性數值為3.0以上的N、O、F三種原子。N和Cl的電負性的數值都為3.0，為什么Cl不算？為了回答這個問題，教師可用第55頁第5題第1張圖（即圖2）作粗略的說明，當然也可以查閱資料給出HCl、HBr、NH3、PH3的沸點，以下關于這幾種氫化物的數據來自于人民教育出版社1979年2月第1版的全日制十年制學校高中課本（試用本）化學第一冊第100頁的表3—10。HCl的沸點為-85℃比HBr的沸點-67℃還低，而NH3的沸點為-33℃比PH3的沸點-88℃還高，說明HCl的沸點沒有反常，而NH3的沸點已經反常，并且NH3的沸點-33℃比HCl的沸點-85℃還高，說明NH3中存在氫鍵，HCl中沒有存在氫鍵。為了使同學們對能形成氫鍵的電負性很強的原子有一個更為明確的認識，請同學們再看第17頁圖1—20（如圖4所示）的主族元素原子半徑的周期性變化，由學生自己總結可以得出這些原子還應有一個特點：這就是原子的半徑還要很小。

圖4

通過上述問題的設計，使學生體會到氫鍵知識的學習過程實際上就是一個講道理的過程，從而使學生對于為什么要引入氫鍵這一知識有了更為深刻的理解。

三、重視在數據分析中講道理

分析電離能數據，在講道理中理解原子核外電子的排布規律。通過對電離能數據進行分析，可以啟發誘導學生講道理。如利用人教版《物質結構與性質》一書第18頁學與問中的第2問鈉、鎂、鋁遂級失去電子的電離能數據分析（如圖5所示），說明為什么原子的逐級電離能是越來越大？這些數據跟鈉、鎂、鋁的化合價有什么聯系？這些數據表明核外電子的排布有什么規律？

圖5

由于圖5只給出鈉、鎂、鋁從第一電離能到第七電離能的數據，并未給出這三種原子的所有逐級電離能的數據，為了說明問題教師還需要再補充鈉的第八電離能一直到第十一電離能的數據，鎂的第八電離能一直到第十二電離能的數據，鋁的第八電離能一直到第十三電離能的數據。用字母I表示電離能，I1表示第一電離能，以此類推寫出其它級的電離能符號。這樣就可以把圖5的數據挖掘為表1（單位為kJ·mol-1），有利于深入分析核外電子有什么樣的排布規律。

觀察表中數據，可以得出任何一種元素的逐級電離能都是越來越大，即I1＜I2＜I3＜I4＜I5＜I6＜I7……，原子的逐級電離能越來越大的原因是離子的電荷正值是越來越大，離子半徑是越來越小，失去這些電子就變得越來越困難，因此需要吸收的能量就變得越來越高。對于鈉來說，I2是I1的數倍（4562 kJ·mol-1是496 kJ·mol-1的9倍以上），說明I1與I2之間相差的倍數較大；I10是I9的數倍（141362kJ·mol-1是28932 kJ·mol-1的4.88倍以上），說明I9與I10之間相差的倍數較大；I2≥I1，說明鈉容易失去1個電子而顯+1價；而I2≥I1，I10≥I9，這些事實是原子的核外電子分層排布的有力證據。對于鎂來說，I3是I2的數倍（7733 kJ·mol-1是1451 kJ·mol-1的5倍以上），說明鎂容易失去2個電子而顯+2價；對于鋁來說，I4是I3的數倍（11575 kJ·mol-1是2745 kJ·mol-1的4倍以上），說明鋁容易失去3個電子而顯+3價。另外鈉的I10是I9的數倍，鎂的I11是I10的數倍，鋁的I12是I11的數倍，并且鈉的I10到I11、鎂的I11到I12、鋁的I12到I13的電離能數值特別大，相差的倍數也不是很大，說明這三種原子中有2個電子的能量相差不大，能量特別低，進一步分析可得出這三種原子的第一電子層最多可容納2個電子的結論。鈉從I2到I9、鎂從I3到I10、鋁從I4到I11的逐級電離能相差的倍數不是很大，說明這三種原子中有8個電子的能量相差不大，能量較高，進一步分析可得出這三種原子的第二電子層最多可容納8個電子的結論。同樣分析鈉的I1到I2、鎂的I1到I3、鋁的I1到I4的電離能數值的差值情況，可得出鈉、鎂、鋁這三種原子第三電子層（即原子的最外層電子數）所容納電子數分別為1個、2個、3個。

表1　鈉、鎂、鋁逐級失去電子的電離能數據

現在能夠非常準確地測定每種元素的逐級電離能數據，對元素的逐級電離能的數據進行分析，就會發現元素的某些逐級電離能有突躍性的變化，這一實驗事實有力地支撐著原子的核外電子是分層排布的規律，是原子的核外電子分層排布的有力證據。電離能數據和原子的核外電子排布規律之間的相互聯系，表明原子的核外電子排布規律不是化學家憑空杜撰出來的微觀規律，不是空中樓閣，不是無源之水，也不是無根之木，而是建立在實驗數據之上所總結出來的科學規律，是有道理可講的。上述分析最精彩的地方就是最后一問的解答，它使得我們的學生相信原子核外電子排布規律是科學規律，并了解原子核外電子排布規律存在的根源和理由。

四、重視在實驗分析中講道理

利用實驗事實，巧妙提問，講道理，有利于加深學生對實驗事實的理解。如人教版《物質結構與性質》一書第41頁實驗2-1（如圖6所示）是通過①白色CuSO4②綠色CuCl2·2H2O③深褐色CuBr2④白色NaCl⑤白色K2SO4⑥白色KBr，這6種物質溶于水時的不同現象的分析、判斷，得出哪些離子呈天藍色，哪些離子沒有顏色，從而比較自然地引入絡合物的定義。為了促進學生思考，我們可以提出如下問題：用①②③三種物質進行溶解性實驗后，為什么還要用④⑤⑥三種物質進行溶解性實驗？

圖6

這個問題問得太好了，好就好在它能夠糾正大多數學生做了這個實驗后，所存在的一種不全面的認識，即用①②③三種物質進行溶解性實驗后，還需要用④⑤⑥三種物質進行溶解性實驗是為了說明溶液中的Na+、K+是無色的，而Cu2+是有顏色的，并且是天藍色的。其實要回答好這個問題，我們必須要弄明白一種物質所具有的顏色可以是由陽離子引起的，也可以是由陰離子引起的，以及由陽離子、陰離子共同作用引起的，另外在水溶液中還需要考慮水分子等作用。為了說明CuSO4、CuCl2、CuBr2三種溶液呈天藍色到底是跟陽離子Cu2+有關？還是跟陰離子SO42-、Cl-、Br-有關？所以還要做④⑤⑥三種物質溶于水的對比實驗，溶液呈無色不僅說明Na+、K+無色，更重要的是還可以說明SO42-、Cl-、Br-無色，進一步說明CuSO4、CuCl2、CuBr2三種溶液呈天藍色跟Cu2+有關，但不能說是Cu2+的顏色，因為CuSO4、CuCl2·2H2O、CuBr2三種物質中都含有Cu2+，但是CuSO4白色的，CuCl2·2H2O綠色的，CuBr2深褐色的，溶于水后都呈天藍色，說明天藍色應是Cu2+離子和H2O分子反應生成的一種復雜離子引起的，這樣的復雜離子我們叫做絡離子。至于Cu2+離子和H2O分子之間怎么會結合成這種復雜離子正是我們要講的配合物理論所要回答的內容，這樣就很自然地引入到我們所要介紹的配合物理論的學習上來。

為了使教學更精彩，使學生的思維能力能得到更好的鍛煉，對所做的實驗有更深刻的認識，在教學過程中可以進一步提出以下問題供學生思考：如何利用實驗事實說明人教版《物質結構與性質》一書第43頁中的“配位鍵的強度有大有小，因而有的配合物很穩定，有的很不穩定”呢？

學生經過認真看書，反思所做過的實驗，在相互討論中獲得解決問題的靈感，使所學的知識得到進一步的升華，就會突然醒悟找到問題解答的理由。具體如下：往天藍色的CuSO4溶液中，加入少量氨水生成藍色Cu（OH）2沉淀這個事實，可以說明Cu（OH）2中的離子鍵強于［Cu（H2O）4］2+中的配位鍵?？扇苄缘你~鹽溶液之所以呈天藍色，是因為溶液中的銅離子都是以［Cu（H2O）4］2+的形式存在，當往銅鹽溶液中加入少量的稀氨水后會生成藍色的Cu（OH）2沉淀，這一現象可以說明加入少量氨水會促使［Cu（H2O）4］2+的分離，使該平衡向著［Cu（H2O）4］2+?Cu2++4H2O分離的方向移動，因此可以得出Cu（OH）2中的離子鍵強于［Cu（H2O）4］2+中的配位鍵的結論。往含有Cu（OH）2沉淀的濁液中繼續加入大量氨水時，沉淀會溶解生成深藍色的［Cu（NH3）4］2+溶液，這一實驗現象可以充分說明［Cu（NH3）4］2+的生成，破壞Cu（OH）2?Cu2++2OH-的電離平衡，使該平衡向著電離方向移動，因此可以得出［Cu（NH3）4］2+中的配位鍵強于Cu（OH）2中的離子鍵的結論。

通過上述分析，“配位鍵的強度有大有小，因而有的配合物很穩定，有的很不穩定”這句話就變得有血有肉，容易理解，這樣就很自然地增強學生對教材的親和力。

關于講道理在教材分析中還有很多精彩的素材，需要我們廣大的高中化學教師在教學實踐中高度重視，不斷加以完善。在知識的總結提高方面我們要重視學生的參與意識的培養，才能變直白為探究，促使學生養成講道理的習慣，使學生在思考中學會講道理，在總結中升華所學的知識。如學完第32至33頁的等電子原理后，這時可以提出有關物質化學性質相似的討論主題，學了等電子原理后，我們一起來總結判斷元素和物質化學性質相似的方法有哪些？并指出它們相似的原因是什么？在概念分析方面要注意靈活運用概念解決一些實際問題，加深不同概念之間的相互聯系。如在第18至19頁電負性概念的教學中，可以提出以下問題供學生思考：為什么元素的電負性大小可以作為判斷元素金屬性和非金屬性強弱的尺度？它還有些什么作用？在理論分析方面要注意講清楚為什么要引入這一理論？它有哪些要點？它能解決什么樣的問題？這樣才有利于提高學生講道理水平和對理論知識的掌握。如在學習第37至39頁價層電子對互斥模型時，可以這樣來提問，為什么用價層電子對互斥模型確定分子中的中心原子上的價層電子對數時，既要考慮σ鍵的電子對數，又要考慮中心原子上的孤對電子對數？在確定分子的立體結構時，為什么又要略去價層電子對互斥模型中的中心原子上的孤對電子對數？價層電子對互斥模型中的分子之所以追求這樣的立體結構是為了達到什么樣的目的？在圖形分析方面我們要注重強調分析圖形變化，在尋找規律，運用規律中講道理。如學習第14頁圖1—15元素周期系的周期發展像螺殼上的螺旋這一內容時，可以要求學生先仔細觀察左圖，找出元素排列規律，并依據所得到的規律把其余的元素排在這個螺旋型的周期表上？在模型分析方面，要注意比較。如第75頁可提出為什么密置層的原子按體心立方堆積方式堆積會得到六方最緊密堆積和面心立方最密堆積這兩種模型？在數據分析方面要注意挖掘數據大小變化所隱含的事物變化的規律性，特殊數據所隱含的事物內在的特殊性。如根據第47頁表2—7和第49頁表2—9的數據，我們還可以提出分子晶體的熔點受范德華力、分子的極性和氫鍵的影響，你能分析得出這三種作用的大小對物質熔點高低的影響程度嗎？等等。

通過上述幾個方面的分析，我們知道講道理這種教學方式可以在人教版《物質結構與性質》一書的每一章、每一節、甚至每一堂課中得到廣泛使用，能強烈地激發起學生愛科學、信科學、用科學的熱情和動力，使課堂氣氛活躍。講道理應成為教師講好人教版《物質結構與性質》一書最基本、最常用、最主要的教學方式，就像一首歌曲中能反復多次使用，并且是最重要、最突出、最動聽、最美妙、最能表達主題思想的主旋律一樣。對于人教版《物質結構與性質》一書來說，只要廣大教師用心去研究教材中的素材，就會發現這本教材無處不體現這門學科的知識內涵——講道理，所以說講道理是物質結構與性質模塊教學的最大特色，是教學的主旋律，也是教學的最高境界。

參考文獻

［1］吳國慶.普通高中課程標準實驗教科書化學選修3物質結構與性質第3版［M］.北京：人民教育出版社，2009：1-87

［2］吳國慶，李俊等.普通高中課程標準實驗教科書化學選修3物質結構與性質教師教學用書［M］.北京：人民教育出版社，2005：1-78

［3］人民教育出版社.全日制十年制學校高中課本（試用本）化學第一冊第1版［M］.北京：人民教育出版社，1979：100

［4］李俊.高中化學教材的研究和編制——人教版《物質結構與性質》疑難探析［J］.中學化學教學參考，2009，（5）：7-10

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.011

文章編號：1008-0546（2016）03-0030-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B