挖掘教材素材，使讲道理成为物质结构与性质模块教学的主旋律

杨唐靖（广东省江门市新会陈经纶中学　广东江门　529100）



挖掘教材素材，使讲道理成为物质结构与性质模块教学的主旋律

杨唐靖
（广东省江门市新会陈经纶中学广东江门529100）

摘要：如果充分挖掘并灵活运用人教版《物质结构与性质》一书中的模型、图形、数据、实验等方面的各种素材，通过提问、找证据、说理由等形式，使学生明白物质结构与性质是一门讲道理的科学，就容易在这一模块的教学实践中，取得好的教学效果。

关键词：高中新课程；物质结构与性质；讲道理的科学

物质结构与性质模块涉及的知识抽象、理论性强，对于绝大多数学生来说，总感觉到这一模块神秘、深奥、枯燥、难懂、难学，如何解决这一问题？本文以人教版《普通高中课程标准实验教科书化学选修3物质结构与性质》（以下简称人教版《物质结构与性质》）一书为例，探讨在教学中如何充分利用教材提供的各种素材，通过提问、看书、思考、讨论、交流等教学形式，可以让学生体会和认识到《物质结构与性质》是一门讲道理的科学，使学生明白再难、再深奥的知识，只要讲道理，就能想得清楚，看得明白，并能深刻地理解和掌握这门学科知识。教学过程中教师除利用好人教版《物质结构与性质》一书中的学与问、思考与交流、科学探究等栏目所提供的问题进行教学外，还要认真研究教材，在这本书的每一章、每一节的内容上再精心设计出一些有价值的、有思维力度的好问题作为讲道理的素材，就会在我们平时的教学中取得好的教学效果。因此本文通过对这本书中的模型、图形、数据、实验等教材素材的分析来展现讲道理这一教学特色，不足和错误之处，敬请同行批评指正。

一、重视在模型分析中讲道理

利用模型分析，展开联想，在白磷与氧气反应的产物分析中讲道理。教学中可以要求学生仔细观察人教版《物质结构与性质》一书第36页资料卡片上的P4、P4O6、P4O10这三种分子结构中的球棍模型（如图1所示），说明为什么白磷与氧气反应的产物是P2O3、P2O5？

学生经过仔细观察后，可得出白磷分子（P4）是正四面体形结构。从几何上来看正四面体有4个顶点，6条边，4个P原子占据正四面体的4个顶点，当与氧气发生反应时，正四面体6条边上的6个P—P键就会发生断裂，在2个P原子之间加入一个O原子形成2 个P—O键，所以6条边上就会加上6个O原子，与4 个P原子之间就可形成12个P—O键而生成P4O6，即产物为P2O3。P原子的最外层有5个电子，在P4O6中的每一个P原子都形成了3个P—O键，因此在P4O6中的每一个P原子和每一个O原子都达8电子的稳定结构，能生成稳定的P4O6分子，但P4O6中的每一个P原子还有一对孤对电子，还能与每一个O原子形成一个配位键，所以在P4O6的基础上可以再增加4个O原子而生成P4O10，即产物为P2O5。同样P4O10中的每一个P原子和每一个O原子也都达8电子的稳定结构，所以白磷在氧气充足的情况下，生成的稳定产物为

图1

平时在我们的教学中，是非常注重强调物质的结构决定物质的性质这一观点的，但物质的结构是如何具体去决定化学反应的过程，影响参加化学反应的物质的性质的？在这些方面上的实例并不多，需要我们注意开发和积累这些方面的素材。用P4、P4O6、P4O10结构中的球棍模型，说明白磷与氧气反应的产物为P2O3、P2O5这一实例，是物质的结构决定物质的性质这一观点的生动体现，使学生体会到可以从一些物质的具体结构上，去观察和深刻理解某一个具体的化学反应的反应原理，进一步体会到我们现在所学的结构知识是非常有用的。

二、重视在图形分析中讲道理

利用图形变化，在氢键知识的学习中讲道理。在学习人教版《物质结构与性质》一书第48页氢键及其对物质性质的影响内容时，可利用图形合理设计问题来加以引入新课，创设讲道理的氛围，使教学生动活泼。具体如下：观察人教版《物质结构与性质》一书第55页第5题的两张图（如图2、图3所示），从中能得到什么信息？每一条曲线的含义是什么？你能解释哪一条曲线的变化规律？

图2

图3

每一条曲线表示的都是同一主族元素氢化物的沸点，随周期数的增加所表现出来的变化关系，实质上是同一主族元素氢化物的沸点跟相对分子质量大小的关系。面对这两张图，一般可以解释图3的沸点变化曲线，因为对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的沸点就越高；C、Si、Ge、Sn、Pb是第IVA元素，所以其氢化物的组成和结构相似，从CH4到PbH4其相对分子质量是逐渐增大，因而其沸点是逐渐升高。但图2中的第VA元素的NH3，第VIA元素的H2O，第VIIA元素的HF的沸点却出现反常，不像同主族的其它元素氢化物的沸点那样随相对分子质量的增大而升高，这些物质的沸点反常是什么原因呢？这是因为NH3、H2O、HF分子之间除了存在范德华力外，还存在着氢键的作用。那么什么是氢键呢？氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力。请看第19页的元素电负性数值，分析什么样的原子才算电负性很强的原子？电负性数值为3.0以上的N、O、F三种原子。N和Cl的电负性的数值都为3.0，为什么Cl不算？为了回答这个问题，教师可用第55页第5题第1张图（即图2）作粗略的说明，当然也可以查阅资料给出HCl、HBr、NH3、PH3的沸点，以下关于这几种氢化物的数据来自于人民教育出版社1979年2月第1版的全日制十年制学校高中课本（试用本）化学第一册第100页的表3—10。HCl的沸点为-85℃比HBr的沸点-67℃还低，而NH3的沸点为-33℃比PH3的沸点-88℃还高，说明HCl的沸点没有反常，而NH3的沸点已经反常，并且NH3的沸点-33℃比HCl的沸点-85℃还高，说明NH3中存在氢键，HCl中没有存在氢键。为了使同学们对能形成氢键的电负性很强的原子有一个更为明确的认识，请同学们再看第17页图1—20（如图4所示）的主族元素原子半径的周期性变化，由学生自己总结可以得出这些原子还应有一个特点：这就是原子的半径还要很小。

图4

通过上述问题的设计，使学生体会到氢键知识的学习过程实际上就是一个讲道理的过程，从而使学生对于为什么要引入氢键这一知识有了更为深刻的理解。

三、重视在数据分析中讲道理

分析电离能数据，在讲道理中理解原子核外电子的排布规律。通过对电离能数据进行分析，可以启发诱导学生讲道理。如利用人教版《物质结构与性质》一书第18页学与问中的第2问钠、镁、铝遂级失去电子的电离能数据分析（如图5所示），说明为什么原子的逐级电离能是越来越大？这些数据跟钠、镁、铝的化合价有什么联系？这些数据表明核外电子的排布有什么规律？

图5

由于图5只给出钠、镁、铝从第一电离能到第七电离能的数据，并未给出这三种原子的所有逐级电离能的数据，为了说明问题教师还需要再补充钠的第八电离能一直到第十一电离能的数据，镁的第八电离能一直到第十二电离能的数据，铝的第八电离能一直到第十三电离能的数据。用字母I表示电离能，I1表示第一电离能，以此类推写出其它级的电离能符号。这样就可以把图5的数据挖掘为表1（单位为kJ·mol-1），有利于深入分析核外电子有什么样的排布规律。

观察表中数据，可以得出任何一种元素的逐级电离能都是越来越大，即I1＜I2＜I3＜I4＜I5＜I6＜I7……，原子的逐级电离能越来越大的原因是离子的电荷正值是越来越大，离子半径是越来越小，失去这些电子就变得越来越困难，因此需要吸收的能量就变得越来越高。对于钠来说，I2是I1的数倍（4562 kJ·mol-1是496 kJ·mol-1的9倍以上），说明I1与I2之间相差的倍数较大；I10是I9的数倍（141362kJ·mol-1是28932 kJ·mol-1的4.88倍以上），说明I9与I10之间相差的倍数较大；I2≥I1，说明钠容易失去1个电子而显+1价；而I2≥I1，I10≥I9，这些事实是原子的核外电子分层排布的有力证据。对于镁来说，I3是I2的数倍（7733 kJ·mol-1是1451 kJ·mol-1的5倍以上），说明镁容易失去2个电子而显+2价；对于铝来说，I4是I3的数倍（11575 kJ·mol-1是2745 kJ·mol-1的4倍以上），说明铝容易失去3个电子而显+3价。另外钠的I10是I9的数倍，镁的I11是I10的数倍，铝的I12是I11的数倍，并且钠的I10到I11、镁的I11到I12、铝的I12到I13的电离能数值特别大，相差的倍数也不是很大，说明这三种原子中有2个电子的能量相差不大，能量特别低，进一步分析可得出这三种原子的第一电子层最多可容纳2个电子的结论。钠从I2到I9、镁从I3到I10、铝从I4到I11的逐级电离能相差的倍数不是很大，说明这三种原子中有8个电子的能量相差不大，能量较高，进一步分析可得出这三种原子的第二电子层最多可容纳8个电子的结论。同样分析钠的I1到I2、镁的I1到I3、铝的I1到I4的电离能数值的差值情况，可得出钠、镁、铝这三种原子第三电子层（即原子的最外层电子数）所容纳电子数分别为1个、2个、3个。

表1　钠、镁、铝逐级失去电子的电离能数据

现在能够非常准确地测定每种元素的逐级电离能数据，对元素的逐级电离能的数据进行分析，就会发现元素的某些逐级电离能有突跃性的变化，这一实验事实有力地支撑着原子的核外电子是分层排布的规律，是原子的核外电子分层排布的有力证据。电离能数据和原子的核外电子排布规律之间的相互联系，表明原子的核外电子排布规律不是化学家凭空杜撰出来的微观规律，不是空中楼阁，不是无源之水，也不是无根之木，而是建立在实验数据之上所总结出来的科学规律，是有道理可讲的。上述分析最精彩的地方就是最后一问的解答，它使得我们的学生相信原子核外电子排布规律是科学规律，并了解原子核外电子排布规律存在的根源和理由。

四、重视在实验分析中讲道理

利用实验事实，巧妙提问，讲道理，有利于加深学生对实验事实的理解。如人教版《物质结构与性质》一书第41页实验2-1（如图6所示）是通过①白色CuSO4②绿色CuCl2·2H2O③深褐色CuBr2④白色NaCl⑤白色K2SO4⑥白色KBr，这6种物质溶于水时的不同现象的分析、判断，得出哪些离子呈天蓝色，哪些离子没有颜色，从而比较自然地引入络合物的定义。为了促进学生思考，我们可以提出如下问题：用①②③三种物质进行溶解性实验后，为什么还要用④⑤⑥三种物质进行溶解性实验？

图6

这个问题问得太好了，好就好在它能够纠正大多数学生做了这个实验后，所存在的一种不全面的认识，即用①②③三种物质进行溶解性实验后，还需要用④⑤⑥三种物质进行溶解性实验是为了说明溶液中的Na+、K+是无色的，而Cu2+是有颜色的，并且是天蓝色的。其实要回答好这个问题，我们必须要弄明白一种物质所具有的颜色可以是由阳离子引起的，也可以是由阴离子引起的，以及由阳离子、阴离子共同作用引起的，另外在水溶液中还需要考虑水分子等作用。为了说明CuSO4、CuCl2、CuBr2三种溶液呈天蓝色到底是跟阳离子Cu2+有关？还是跟阴离子SO42-、Cl-、Br-有关？所以还要做④⑤⑥三种物质溶于水的对比实验，溶液呈无色不仅说明Na+、K+无色，更重要的是还可以说明SO42-、Cl-、Br-无色，进一步说明CuSO4、CuCl2、CuBr2三种溶液呈天蓝色跟Cu2+有关，但不能说是Cu2+的颜色，因为CuSO4、CuCl2·2H2O、CuBr2三种物质中都含有Cu2+，但是CuSO4白色的，CuCl2·2H2O绿色的，CuBr2深褐色的，溶于水后都呈天蓝色，说明天蓝色应是Cu2+离子和H2O分子反应生成的一种复杂离子引起的，这样的复杂离子我们叫做络离子。至于Cu2+离子和H2O分子之间怎么会结合成这种复杂离子正是我们要讲的配合物理论所要回答的内容，这样就很自然地引入到我们所要介绍的配合物理论的学习上来。

为了使教学更精彩，使学生的思维能力能得到更好的锻炼，对所做的实验有更深刻的认识，在教学过程中可以进一步提出以下问题供学生思考：如何利用实验事实说明人教版《物质结构与性质》一书第43页中的“配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定”呢？

学生经过认真看书，反思所做过的实验，在相互讨论中获得解决问题的灵感，使所学的知识得到进一步的升华，就会突然醒悟找到问题解答的理由。具体如下：往天蓝色的CuSO4溶液中，加入少量氨水生成蓝色Cu（OH）2沉淀这个事实，可以说明Cu（OH）2中的离子键强于［Cu（H2O）4］2+中的配位键。可溶性的铜盐溶液之所以呈天蓝色，是因为溶液中的铜离子都是以［Cu（H2O）4］2+的形式存在，当往铜盐溶液中加入少量的稀氨水后会生成蓝色的Cu（OH）2沉淀，这一现象可以说明加入少量氨水会促使［Cu（H2O）4］2+的分离，使该平衡向着［Cu（H2O）4］2+⇌Cu2++4H2O分离的方向移动，因此可以得出Cu（OH）2中的离子键强于［Cu（H2O）4］2+中的配位键的结论。往含有Cu（OH）2沉淀的浊液中继续加入大量氨水时，沉淀会溶解生成深蓝色的［Cu（NH3）4］2+溶液，这一实验现象可以充分说明［Cu（NH3）4］2+的生成，破坏Cu（OH）2⇌Cu2++2OH-的电离平衡，使该平衡向着电离方向移动，因此可以得出［Cu（NH3）4］2+中的配位键强于Cu（OH）2中的离子键的结论。

通过上述分析，“配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定”这句话就变得有血有肉，容易理解，这样就很自然地增强学生对教材的亲和力。

关于讲道理在教材分析中还有很多精彩的素材，需要我们广大的高中化学教师在教学实践中高度重视，不断加以完善。在知识的总结提高方面我们要重视学生的参与意识的培养，才能变直白为探究，促使学生养成讲道理的习惯，使学生在思考中学会讲道理，在总结中升华所学的知识。如学完第32至33页的等电子原理后，这时可以提出有关物质化学性质相似的讨论主题，学了等电子原理后，我们一起来总结判断元素和物质化学性质相似的方法有哪些？并指出它们相似的原因是什么？在概念分析方面要注意灵活运用概念解决一些实际问题，加深不同概念之间的相互联系。如在第18至19页电负性概念的教学中，可以提出以下问题供学生思考：为什么元素的电负性大小可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度？它还有些什么作用？在理论分析方面要注意讲清楚为什么要引入这一理论？它有哪些要点？它能解决什么样的问题？这样才有利于提高学生讲道理水平和对理论知识的掌握。如在学习第37至39页价层电子对互斥模型时，可以这样来提问，为什么用价层电子对互斥模型确定分子中的中心原子上的价层电子对数时，既要考虑σ键的电子对数，又要考虑中心原子上的孤对电子对数？在确定分子的立体结构时，为什么又要略去价层电子对互斥模型中的中心原子上的孤对电子对数？价层电子对互斥模型中的分子之所以追求这样的立体结构是为了达到什么样的目的？在图形分析方面我们要注重强调分析图形变化，在寻找规律，运用规律中讲道理。如学习第14页图1—15元素周期系的周期发展像螺壳上的螺旋这一内容时，可以要求学生先仔细观察左图，找出元素排列规律，并依据所得到的规律把其余的元素排在这个螺旋型的周期表上？在模型分析方面，要注意比较。如第75页可提出为什么密置层的原子按体心立方堆积方式堆积会得到六方最紧密堆积和面心立方最密堆积这两种模型？在数据分析方面要注意挖掘数据大小变化所隐含的事物变化的规律性，特殊数据所隐含的事物内在的特殊性。如根据第47页表2—7和第49页表2—9的数据，我们还可以提出分子晶体的熔点受范德华力、分子的极性和氢键的影响，你能分析得出这三种作用的大小对物质熔点高低的影响程度吗？等等。

通过上述几个方面的分析，我们知道讲道理这种教学方式可以在人教版《物质结构与性质》一书的每一章、每一节、甚至每一堂课中得到广泛使用，能强烈地激发起学生爱科学、信科学、用科学的热情和动力，使课堂气氛活跃。讲道理应成为教师讲好人教版《物质结构与性质》一书最基本、最常用、最主要的教学方式，就像一首歌曲中能反复多次使用，并且是最重要、最突出、最动听、最美妙、最能表达主题思想的主旋律一样。对于人教版《物质结构与性质》一书来说，只要广大教师用心去研究教材中的素材，就会发现这本教材无处不体现这门学科的知识内涵——讲道理，所以说讲道理是物质结构与性质模块教学的最大特色，是教学的主旋律，也是教学的最高境界。

参考文献

［1］吴国庆.普通高中课程标准实验教科书化学选修3物质结构与性质第3版［M］.北京：人民教育出版社，2009：1-87

［2］吴国庆，李俊等.普通高中课程标准实验教科书化学选修3物质结构与性质教师教学用书［M］.北京：人民教育出版社，2005：1-78

［3］人民教育出版社.全日制十年制学校高中课本（试用本）化学第一册第1版［M］.北京：人民教育出版社，1979：100

［4］李俊.高中化学教材的研究和编制——人教版《物质结构与性质》疑难探析［J］.中学化学教学参考，2009，（5）：7-10

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.011

文章编号：1008-0546（2016）03-0030-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B