基于“證據推理”的電子式書寫模型

張高豪

摘要：學生書寫電子式時的困惑在于不清楚非金屬原子之間有無共用電子、有幾對共用電子，缺少證據推理意識，推出不恰當的結果。采用數學推理法的電子式書寫模型，可突破電子式書寫時的難點。

關鍵詞：證據推理;電子式;書寫模型

文章編號：1008-0546（2018）12-0063-02中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.021

在批閱學生作業時，驚訝地發現每次都能考得很優秀的化學科代表同學竟把CaCl2的電子式寫成了兩個氯原子之間有一對共用電子，并且找不到出錯的原因在哪里。這一現象說明學生對電子式的理解不夠深刻，頭腦中缺少電子式的書寫模型。

一、強化證據推理意識

電子式書寫是蘇教版教材《化學2》專題1第二單元微粒間的相互作用力中的一部分內容。通過書寫電子式有助于高一學生從微觀角度加深對物質結構的理解，建立物質結構的初步模型。

化學核心素養的五個方面之一是“證據推理與模型認知”。能基于證據對物質的組成、結構及其變化提出可能的假設，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系[1]。推理不能依靠表面現象憑感覺去判斷，要有確鑿的證據讓人口服心服。解決問題時如同法官判案，依據的是哪一部法律，法律的哪一條哪一款。化學上推理要能說出用的是哪一條規律、定律、公式、數據或信息。

過氧化鈉（Na2O2）兩個氧原子之間有一對共用電子，有學生認為氯化鈣（CaCl2）兩個氯挨著的，“外形”上類似過氧化鈉，也有一對共用電子。采用的是機械類比的方法推出的，沒有深入思考共用電子對的形成條件和原因。

二、電子式的書寫模型

學生對離子化合物、共價化合物的區分上沒有太大困難，書寫電子式時經常把化合物中每一個原子周圍都點夠8個小黑點，對于兩個非金屬原子間有無共價鍵判斷不準，確定有無共用電子對成了問題的要害。

1.電子式書寫模型的建立

引導學生思考以下問題：

（1）CaCl2中兩個氯原子之間有無共用電子對，依據是什么？（每個氯原子最外層7個電子，分別從鈣那里得到1個電子，7+1=8，達到了穩定結構，8-8=0，不需共用電子。）

（2）CaO2中兩個氧原子之間有無共用電子對，依據是什么？（每個氧原子的最外層電子：6+1<8，未達到穩定結構，8-7=1，需1對共用電子。）

（3）CaC2中兩個碳原子之間有無共用電子對，依據是什么？（每個碳原子的最外層電子：4+1<8，未達到穩定結構，8-5=3，需3對共用電子。）

（4）從以上案例中能歸納出什么樣的解決問題模型？請寫出以上三種物質的電子式。

學生歸納出的書寫模型出乎教師的意料：從離子化合物的化學式上看，最外層電子數之和等于8的倍數，則無共用電子對，否則有;每個非金屬原子還差幾個電子，就需形成幾對共用電子。教師對學生通過積極思考有所發現表示高度贊賞。

教學過程中可能會出現一些“意外”，這些“意外”現象可以作為培養學生“找到新發現、得出新規律、提出新結論”的好資源 [2]。

2.電子式書寫模型的應用

利用上述模型解決以下問題：

（1）已知Mg3N2是離子化合物，請判斷兩個氮原子之間有無共用電子對？寫出其電子式（最外層電子數之和為3×2+2×5=16，8的2倍，氮原子間無共用電子對）。

在幾天后的測試中發現仍有學生把兩個氮原子之間寫了一對或三對共用電子。

（2）把Na2O2的電子式寫成Na+[]2-Na+，是否正確？為什么？

Na2O2中最外層電子數之和是2×1+6×2=14，應有14個小黑點，現在只有12個，那兩個電子跑哪了。以強有力的證據證實了錯誤的存在。

（3）請用電子式表示CO2和Na2O的形成過程，并比較兩者有什么異同？CO2中碳與氧之間是幾對共用電子，Na2O中兩個鈉之間有無共用電子？

通過比較離子化合物和共價化合物的形成過程，從微觀角度理解電子轉移上存在的差別。離子鍵是電子的“無償得失”，共價鍵是電子的“合作共贏”。離子化合物中非金屬原子通過奪得電子后仍然“吃不飽”，就要通過合作的方式形成共用電子對。

CO2中碳原子最外層4個電子，8-4=4，需形成4對共用電子;氧原子最外層6個電子，8-6=2，需形成2對共用電子。Na2O中鈉離子最外層8個電子達到了穩定結構，推出兩個鈉離子之間沒有共用電子對。

3.拓展提升

在教學中發現有學生把氦的分子式寫成He2，當問其為何要這樣寫時，回答說很多非金屬單質都是雙原子分子，這個很可能也是雙原子分子。不可靠的證據推出一個不可靠的結論。

（1）氦氣為什么是單原子分子？會不會形成H3O、NaCl2這樣的分子？

（2）次氯酸（HClO）的電子式氯原子是否寫在中間？證據是什么？

（3）肼氨（N2H4）、氫化鈉（NaH）、二氟化氧（OF2）、二氯化硫（SCl2）的電子式如何寫？六氟化硫（SF6）、五氯化磷（PCl5）的電子式中每個原子是否都滿足8電子穩定結構？

任何一種模型都不能面面俱到，沒有模型沒法解決問題，使用模型時也不能僵化。8電子穩定結構屬于經典物質結構理論，只能表示一部分物質的結構，有較強的局限性，這一點需要讓學生知道。

三、教學反思和總結

1.證據推理能提高學生的思維品質

發展學生的化學核心素養要培養正確觀念、必備品格和關鍵能力。通過證據推理觸及學生的模糊認識，轉變“迷思概念”，讓學生在登高望遠的過程中提升思維品質，享受因知識頓悟而豁然開朗的快感 [3]。電子式書寫因較簡單，教學中容易被忽視，大多通過“一回生、兩回熟”的方法進行記憶，沒有把書寫電子式當成提高學生思維品質的素材去深究。書寫電子式的過程是在“講道理”，總的電子數不能多也不能少，還要讓每一個原子“滿意”。

2.建構模型是學生學習中的抓手

在判斷離子化合物中兩個非金屬原子之間有無共用電子對時、有多少對共用電子時采用數學推理法的思維模型，讓思維過程數字化，通俗易懂，有效地突破了難點。引導學生的認識從宏觀到微觀、從表象到本質、從定性到定量的轉化。通過這一案例讓人更加相信，解決每一類問題可能都有套路和模板，找出其中的奧妙，才能體驗出化學之美。

3.培養化學核心素養要落實在每一個細節中

通過電子式的書寫引導學生從微觀角度去認識宏觀物質，建立宏觀、微觀、符號之間的聯系。在物質變化過程中電子總數不變，培養學生變化過程中的守恒思想。學生書寫電子式的過程也是一個探索的過程，能歸納出規律、能有“微小”發現是了不起的一件事。不去想當然、湊夠8個小黑點則體現出了求真務實的科學精神。電子式的書寫“麻鵲雖小”，但“五臟俱全”，值得“解剖”。

參考文獻

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4

[2]? 鄭文昌.基于高考考查談化學備考中創新思維能力的培養[J].中學化學教學參考，2018（1-2）：57

[3]? 解慕宗，林建芬.從“鹽與水的故事”到“鹽與鹽的故事”——深圳市高三名師好課“鹽類的水解”觀感論析[J].中學化學教學參考，2018（3）：15