淺談結(jié)構(gòu)化學在中學化學中的應用

劉新宇

摘要：《結(jié)構(gòu)化學》是我國普通高等學校化學類專業(yè)的一門主干課程，這些內(nèi)容在高中階段有著非常淺顯的涉及，以及在初中階段的物理與化學的課本中，也有著極少量的語句介紹過有關于結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。既是我國的教育體系中，對于結(jié)構(gòu)化學的認知是隨著學生認知能力的增長一步步進行的，它們相互關聯(lián)，又相互銜接，本文是我對大學《結(jié)構(gòu)化學》在中學化學的應用以及其相關聯(lián)系的一點點淺顯的見解。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)化學;中學化學;化學教育

前言

結(jié)構(gòu)化學是在原子分子水平上研究物質(zhì)分子構(gòu)型與組成的相互關系以及結(jié)構(gòu)和各種運動的相互影響的化學分支學科。結(jié)構(gòu)化學在大學是一門學科，在高中階段是選修3這一本書，而在初中階段，并不到一個專題。結(jié)構(gòu)化學在我國的教育體系中是層層遞進的。

1結(jié)構(gòu)化學與中學化學的關系

在化學教學論的學習時，我們曾研讀過高中課本，后來我還單獨看過魯教版五四制初中課本，初中課本上也有著對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的描述，雖然非常少，也非常短。但是也讓學生對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有一個初步的認識。對于結(jié)構(gòu)化學，初中階段是非常短的描述，不足一個專題。在高中時代，必修部分，為一個專題，在2017年頒布的《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，有這么幾段話，普通高中化學課程以全面發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)為主旨，確定課程的主題、模塊和系列。在必修課程階段，突出化學基本觀念（大概念）的統(tǒng)領作用，選取“化學科學與實驗探究”“常見的無機物及其應用”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎及化學反應規(guī)律簡單的有機化合物及其應用”“化學與社會發(fā)展”5個主題。在選修課程階段是一本書，為選修三《物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》。同樣的，在2017年的新課標中也有相關規(guī)定。條文如下：在選擇性必修課程中，依據(jù)化學學科的基礎性研究領域，設置“化學反應原理”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“有機化學基礎”3個模塊。

在2017年修訂的新課標中，明確規(guī)定了對分子、化學鍵、以及分子晶體、原子晶體、離子晶體的要求。例如，高一側(cè)重原子結(jié)構(gòu)，高二側(cè)重介紹化學鍵合分子結(jié)構(gòu)，高三側(cè)重介紹晶體的類型、性質(zhì)以及關系。

初高中時代的結(jié)構(gòu)化學，與《結(jié)構(gòu)化學》的后半部分關系更大，跟晶體結(jié)構(gòu)部分的關系更大，譬如最密六方堆積，體心立方堆積、面心立方等晶體晶胞的結(jié)構(gòu)等。在高中階段的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中，原子和分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容也有涉及，不過這些部分跟大學的無機化學部分關系更大一些。比如原子結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)，最初步的雜化分子軌道理論等。在初中階段，的元素周期律部分，也初步介紹了原子結(jié)構(gòu)。

我用一副smartart圖片來表示其知識面擴大的層級遞進關系。

可能如果知識聯(lián)結(jié)到更高深的層次，會更加的精細化。一步一步順著教育知識，層層遞進。

2結(jié)構(gòu)化學在中學化學教學中的應用

2.1概述

大學結(jié)構(gòu)化學知識對高中化學教學有極其重要的指導作用，通過對物質(zhì)從其分子結(jié)構(gòu)層次的認識和分析，不僅能夠解釋許多現(xiàn)象和事實，而且將更有助于從本質(zhì)上對物質(zhì)性質(zhì)的了解和運用。

高中階段的三部分，與大學《結(jié)構(gòu)化學》中的量子力學基礎、原子結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代化學鍵的概念以及分子對稱性、晶體結(jié)構(gòu)都有密切關系。

我覺得用一副smartart圖片可能能較好地表達他們之間的關系。

大概是這么一種層層深入的關系，在化學鍵、化學鍵、以及分子晶體、原子晶體、離子晶體這幾個部分。

2.2應用實例

結(jié)構(gòu)化學與初高中部分聯(lián)系密切。譬如以下幾個問題的應用：

問題一、氫原子核外僅有一個電子，是否其電子層也僅有一個？

回答這一問題需用原子結(jié)構(gòu)知識。在原子核外運動的電子具有一定的能量，其值依所處K、L、M、.N”…（n=1、2、.3.4……）層的順序依次增大。當n一定時，原子核外一個電子的可能的運動狀態(tài)數(shù)為n“個。對于穩(wěn)態(tài)的單電子原子，其電子處于基態(tài)，。=1，當體系得到能量時，電子受激發(fā)，可以躍遷到n二2或n二3、4……的L或M、N……電子層，直至電離。所以說氫原子核外的一個電子是處在一定的電子層上，而不是僅有一個電子層。

問題二、不成鹽氧化物就是中性氧化物嗎？

當人們把非金屬氧化物叫做酸性氧化物時，一般都要指出CO、NO例外，它們與酸或堿都不能起反應生成鹽，所以把它們叫做不成鹽氧化物。有人把它們叫做中性氧化物，用分子軌道理論和路易斯酸堿理論可以說明這說法是不確切的。CO和NO的分子軌道表示式分別為：

二者都有弧電子對（5o）2，可以作為電子對給予體，同時有二反鍵空軌道（2勸，可以接受電子對根據(jù)路易斯的“電子論”，能夠接受電子對的物質(zhì)稱為酸，能夠給出電子對的物質(zhì)稱堿。根據(jù)阿侖尼烏斯“電離理論”，把在水溶液中離解出的陽離子僅僅H小的物質(zhì)稱為酸，離解出的陰離子僅僅是OH-的物質(zhì)稱為堿。

綜上所述，對于CO和NO分子，按照經(jīng)典酸堿理論（包括富蘭克林的“溶劑論和布郎斯特、勞瑞的“質(zhì)子論”）來看，它們不是酸、不是堿，而是中性的，從路易斯酸堿理論看，它們既是二酸，又是路易斯堿。把它們叫做中性氧化物是恰當?shù)摹?/p>