对初中化学教材一幅“溶解过程”示意图的研究与思考

田长明

摘要：从初中化学教材中“溶解过程”示意图入手，对钠离子、氯离子结合水分子数及钠离子和氯离子与水分子之间的作用力进行了研究。旨在启示初中化学教师应有批判性思维，并能认真研读多种版本的化学教材。

关键词：初中化学教材；氯化钠；溶解；水合离子；批判性思维

文章编号：1005–6629（2016）8–0023–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

沪教版化学九年级下册对“溶解”的概念有如下描述：“高锰酸钾、食盐和蔗糖等物质加入水中时，构成这些物质的离子（如钠离子及氯离子）或分子（如蔗糖分子）不断向水里扩散，最终均匀分散到水中（图1），放置一段时间后也不会发生明显变化。我们将物质以分子或离子形式均匀分散到另一种物质中的过程，叫做物质的溶解（dissolve）。[1]”

笔者对教材中的“物质的溶解过程”的示意图非常感兴趣，特别是氯化钠晶体的溶解过程，这幅图有些地方值得我们去研究与思考，下面笔者就谈谈自己的看法。

1 两点研究

1.1 对阴阳离子结合水分子数目的比较

从教材中的这幅图上，我们不难发现，氯化钠晶体在水分子的作用下，不断溶解，氯化钠晶体溶解后，钠离子和氯离子周围都结合了4个水分子。为什么是结合4个水分子？笔者于是又查阅了鲁教版化学九年级教材，氯化钠溶于水的微观过程如图2，也查阅了人教版普通高中课程标准实验教科书化学1，NaCl在水中的溶解和电离示意图如图3。

在图2中我们发现，钠离子结合的水分子数有的是2，有的是3，也有的是4。氯离子结合的水分子数同样为有的是2，有的是3，有的是4。在图3中钠离子结合的水分子数是5，氯离子结合的水分子数是6。

笔者越发好奇，有没有“氯化钠溶解过程”示意图中结合其他数目的水分子？于是笔者在网上搜索了相关的图片，又有了新的发现。

图4中的2幅图片中，上边一幅图中钠离子和氯离子结合的水分子数都是5，下边的这幅图中钠离子和氯离子结合的水分子数都是6。那钠离子和氯离子结合的水分子数究竟是多少，笔者查阅了相关的文献。

利用分子力学和分子动力学计算工具，对钠离子的各种水合结构及能量进行了分子力学和动力学的计算，以此研究水合钠离子所起的结构生成剂的作用。用Monte Carlo Docking方法对各种结构的水合钠离子在MFI分子筛微孔结构内的附着行为模拟计算。结果表明，配位数为偶数时水合阳离子的结构较为合理，这种合理性体现在当配位数为偶数时，Na+·nH2O体系中金属离子的位置与氧原子的位置呈现对称结构，Na+·4H2O和Na+·6H2O是相对比较合适的结构。对于钠离子，配位数为4和6，当配位数大于6时，体系将自动转为6配位的情况，钠离子明显具有对周围的水分子结构进行重新排列的作用，钠离子的配位水分子数为4个或6个，而4配位结构是水合钠离子的主要存在方式之一[2]。

另外经X-射线测定认为，在水溶液中卤离子（X–）的周围，有6个位于八面体顶点的水分子，因此，对于水合卤离子可以写成[X（H2O）6]–的形式[3]。

1.2 对离子与水分子之间作用力的研究

阴离子的电子较多而无空轨道，且半径较大。因此，阴离子与水分子通常靠弱的静电引力或氢键作用形成水合阴离子，一般不能形成配位键。

水合钠离子和水合氯离子的微观结构如图5。

2 两点思考

2.1 教师应该有批判性思维

什么是“批判性思维”？批判性思维是建立在良好判断的基础上，使用恰当的评估标准对事物的真实价值进行判断和思考。批判性思维是人们认识事物时不可或缺的一种思维方式。具有批判性思维的人善于发现并辩证性地提出问题，从而准确地考量[5]。批判性思维既是一种思维技能，也是一种人格或气质；既能体现思维水平，也凸显现代人文精神。

教师平时教学过程中要使用教材和各种教辅资料，特别是教辅资料，良莠不齐。教师在使用过程中一定要有批判性思维，不能拿来就用，要甄别、改编。笔者试举一例：

为测定实验室中某过氧化氢溶液的溶质质量分数，小明取25.0g过氧化氢溶液放入烧杯中，然后进行如图6所示的实验。请计算：

（1）反应后产生气体的质量为 g。

（2）此过氧化氢溶液的溶质质量分数 。

笔者觉得用这种方法来测定过氧化氢溶液的溶质质量分数不恰当。理由有以下3点：

（1）反应放热导致水分蒸发。观察图6，这是用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制氧气，我们会发现这是在烧杯中进行的反应，且是一个完全开放的体系，笔者在试管中加入2mL 6%的双氧水，然后向其中加入一定量二氧化锰粉末，反应开始时，反应剧烈，放出大量的热，触摸试管底部，感觉发烫。另外氧气逸出时也会带走水分，这些都会给测定带来比较大的误差。

（2）反应时间非常长。笔者在试管中加入2mL 6%的双氧水，然后向其中加入稍多量的二氧化锰粉末，反应过程中间歇振荡试管，直到不再产生气泡，时间约为3天，在开放体系中反应这么长的时间，水分自然会挥发较多。

（3）过氧化氢分解不完全。在试管中加1～2mL淀粉KI溶液，向其中滴入6%双氧水和二氧化锰混合后不再产生气泡，发现溶液变蓝。证明过氧化氢没有完全分解。

可见用上述方法测定过氧化氢溶液中的溶质质量分数不是太科学。

2.2 教师应该研究多版本教材

对教师来说，研究教材是一项重要的常规，也是一项艰辛的工作。精读各种版本教材的内容，包括导语、栏目、图表、文本、实验及课后习题，这是研究教材的核心。然后对各种版本教材的上述内容进行对比，明确差异，并分析各种版本教材基于怎样的思考而产生这些差异。

笔者以“原子的构成”为例：

图7是上教版义务教育教科书九年级化学上册（2015年第1版）中原子的结构模型。该模型表示出了以下2点信息：

（1）原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成。

（2）电子在核外分层排布，核外电子绕核旋转。

图8是人教版义务教育教科书九年级化学上册（2012年第1版）中原子的构成示意图。

该示意图表示出了以下3点信息：

（1）原子由原子核和核外电子构成，原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。

（2）核外电子绕核旋转。

（3）原子核的直径范围是10-15～10-14 m，原子的直径约是10-10 m，原子中原子核体积很小。

通过上述比较，我们可以发现，沪教版的“原子的结构模型”和人教版的“原子的构成示意图”都能表示原子的构成，沪教版还重点突出了电子的分层排布，人教版突出了原子核在原子中体积很小及质子带正电。

课程和教材知识是教师学科教学知识（PCK）的重要组成部分，教师要努力发展关于教材研读和使用的学科教学知识（PCK）。作为教材的使用者，教师首先应该对教材文本进行深度的研读、分析、对比和理解，然后对教材进行二次开发，从而提高教师课堂教学的水平。

参考文献：

[1]中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书·化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版社，2015：4.

[2]张宝吉，任强.钠离子在分子筛合成中的结构导向作用的分子模拟研究[J].计算机与应用化学，2009，（5）：677～681.

[3]陈祖林，窦万英.浅谈水合离子结构[J].江苏广播电视大学学报，1994，（4）：30.

[4]陈骏，王鹤年.地球化学[M].北京：科学出版社，2004：189～190.

[5]刘彦章.普林斯顿大学最受欢迎的思维课[M].北京：民主与建设出版社，2014：104.