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元素化學(xué)教學(xué)的思考：我們?cè)诮虒W(xué)中還缺少了哪些不該缺少的內(nèi)容

發(fā)表時(shí)間：2021-01-13 17:56

元素化學(xué)教學(xué)的思考：

我們?cè)诮虒W(xué)中還缺少了哪些不該缺少的內(nèi)容

朱萬(wàn)強(qiáng)，方程，李軍旗，趙華俊

(遵義師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州遵義 563006)

摘要：針對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)元素化學(xué)教學(xué)中存在的可能被教師忽略的一些環(huán)節(jié)，如在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、辯證思維、激發(fā)潛在的科學(xué)研究能力等方面，結(jié)合我們的教學(xué)實(shí)際并進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)化學(xué)；元素化學(xué)；大學(xué)化學(xué)；化學(xué)教學(xué)

中圖分類(lèi)法：G633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3583（2020）-0100-05

Reflections on the Teaching of Elementary Chemistry: What We still Lack in the Actual Teaching

ZHU Wan-Qiang, FANG Cheng,LI Jun-Qi, ZHAO Hua-Jun

(School of Chemistry and Chemical Technology, Zunyi Normal University, Zunyi 563006, China)

In view of some links in the teaching of inorganic chemical elements that may be neglected by teachers, such as the cultivation of students' scientific thinking, dialectical thinking and the stimulation of potential scientific research ability, this paper discussed those above in combination with our actual teaching.

inorganic Chemistry; elementary chemistry; university chemistry; chemistry teaching

長(zhǎng)期以來(lái)，一直都有教師思考如何有效地進(jìn)行無(wú)機(jī)化學(xué)元素化學(xué)的教學(xué)[1-6]。為了有效地進(jìn)行元素化學(xué)的教學(xué)，潛心于教學(xué)的一線老師，包括一些知名的化學(xué)前輩 [7-8] 也進(jìn)行了很多思考。在這些探索中

[9-14]，從對(duì)元素化學(xué)重要性的強(qiáng)調(diào)，到各種教學(xué)方法

的總結(jié)，還有通過(guò)對(duì)具體的“雙原子的N2 分子結(jié)構(gòu)” 進(jìn)行分析并進(jìn)行元素課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[10] 的教學(xué)實(shí)踐，也有對(duì)現(xiàn)代教學(xué)方法的綜合應(yīng)用，乃至學(xué)生邏輯思維的啟迪等，各顯千秋。無(wú)機(jī)化學(xué)作為重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，大學(xué)化學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)都要開(kāi)設(shè)。無(wú)機(jī)化學(xué)課程的兩大部分，一部分是基礎(chǔ)理論（化學(xué)原理），另一部分就是元素化學(xué)?，F(xiàn)在真正了解元素化學(xué)重要性的教師依然堅(jiān)持元素化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的精髓[10]。但實(shí)際情況是，元素化學(xué)教學(xué)越來(lái)越被弱化。在平常的教學(xué)過(guò)程中，大部分教師尤其是高學(xué)歷的青年

教師都把無(wú)機(jī)化學(xué)元素化學(xué)課堂教學(xué)僅當(dāng)成是完成自己的“教學(xué)任務(wù)”罷了，而對(duì)元素化學(xué)的教學(xué)目的究竟是什么，它要達(dá)到什么教學(xué)目的，培養(yǎng)學(xué)生的什么能力，沒(méi)有深入思考。

元素化學(xué)教學(xué)的任務(wù)是使學(xué)生理解重要元素及其化合物的特性、典型反應(yīng), 同時(shí)使學(xué)生“在科學(xué)思維方面獲得應(yīng)有的訓(xùn)練和培養(yǎng)”[7]。如果真正做到了這一點(diǎn)，教師的教學(xué)就變成了“藝術(shù)”。

結(jié)合現(xiàn)在的高校課程改革，學(xué)分和課時(shí)數(shù)都大幅較少，很多開(kāi)設(shè)化學(xué)工科或應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的院校，對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)元素部分的教學(xué)，都已取消或大幅消減課時(shí)數(shù)，只有師范院?；蛞徊糠志C合大學(xué)的化學(xué)專(zhuān)業(yè)保留了元素化學(xué)的教學(xué)。由于元素化學(xué)的特殊性，重點(diǎn)在于向?qū)W生介紹元素及其化合物的性質(zhì)（制備的基礎(chǔ)）、結(jié)構(gòu)、用途。元素及其化合物性質(zhì)呈現(xiàn)形除物理性質(zhì)外，大部分就是化學(xué)反應(yīng)式。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，在無(wú)機(jī)化學(xué)的第一大部分已經(jīng)基本掌握的前提下，是可以自學(xué)理解的。物質(zhì)的用途部分，沒(méi)有化學(xué)專(zhuān)業(yè)背景也可以了解。這就更造成了元素化學(xué)教學(xué)的困惑：教師不知怎樣講才能使課堂生動(dòng)，照著書(shū)本內(nèi)容宣讀 PPT（尤其年輕老師）或抄寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)式

（板書(shū)）成為了常態(tài)；學(xué)生也覺(jué)得沒(méi)有教師的指導(dǎo)也可以學(xué)得懂 (尤其對(duì)一些基礎(chǔ)扎實(shí)的如 211、985 高校學(xué)生)，但心里對(duì)元素化學(xué)知識(shí)沒(méi)有一個(gè)清晰的脈絡(luò)，更感覺(jué)這些知識(shí)是混亂的堆砌。由此導(dǎo)致教師在備課時(shí)，也只注重知識(shí)堆砌。這也是一直以來(lái)，無(wú)機(jī)化學(xué)課程教學(xué)的教師對(duì)元素化學(xué)教學(xué)的感受。

隨著我國(guó)高等教育的發(fā)展，一批地方專(zhuān)科學(xué)校升級(jí)為本科院校。這些學(xué)校一年級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)，就是文化基礎(chǔ)遠(yuǎn)沒(méi)有擴(kuò)招以前學(xué)生扎實(shí)。教師在講授同樣的知識(shí)內(nèi)容時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生接受或理解知識(shí)的速度是大不如從前的。這就更加大了課堂教學(xué)的難度。

由于多年講授無(wú)機(jī)化學(xué)，在參照學(xué)習(xí)其他老師一些好的做法時(shí)，也對(duì)一些容易被大家忽略的問(wèn)題進(jìn)行了思考，并將我們的教學(xué)探索分享出來(lái)，還希望得到大家更好的建議。

凝煉知識(shí)，向?qū)W生傳達(dá)章節(jié)知識(shí)要點(diǎn)

元素化學(xué)大部分都是按族或族群（如堿金屬、堿土金屬）羅列各元素或元素之間的共同性質(zhì)特點(diǎn)及其變化規(guī)律，將前人總結(jié)的性質(zhì)、現(xiàn)象進(jìn)行歸納。學(xué)生自己閱讀是可以讀懂的。但由于這些知識(shí)多，相互之間看似沒(méi)有多少規(guī)律，閱讀起來(lái)難免會(huì)有單調(diào)、興趣索然的感覺(jué)。教師如果沒(méi)有在課前提煉（凝煉）授課內(nèi)容，也只能照本宣科。

實(shí)際上，在人們應(yīng)用知識(shí)時(shí)，不是每一點(diǎn)、每一條你都能夠準(zhǔn)確復(fù)述，即使你是某方面的專(zhuān)家，在需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砘蜃C據(jù)時(shí)，也要重新查閱相關(guān)文獻(xiàn)以佐證。因此，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)新的知識(shí)，并且這些知識(shí)看似還沒(méi)有規(guī)律可循時(shí)，要求他們記憶每一知識(shí)點(diǎn)，也是不符合客觀實(shí)際的。這就要求我們將主要的知識(shí)精華進(jìn)行凝煉后傳達(dá)給學(xué)生，其他的一般性知識(shí)

（沒(méi)有抽象難懂的理論，在需要時(shí)可進(jìn)行查閱）讓學(xué)生自學(xué)或歸納。這樣的話，可以起到事半功倍的效

要幫助；“固”：鞏固已經(jīng)學(xué)過(guò)的重要理論知識(shí)，告知這里是哪一個(gè)原學(xué)過(guò)的理論知識(shí)的應(yīng)用。凝煉的內(nèi)容不一定是重點(diǎn)或難點(diǎn)，但一定對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有所啟發(fā)或幫助。

元素化學(xué)各章節(jié)要凝煉的知識(shí)，因教師個(gè)人的觀點(diǎn)、學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)以及學(xué)生所處層次（985 高校、211 高校、地方高校）、選用教材不同應(yīng)該可以不同，同時(shí)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)也不同。我們以吉林大學(xué)、武漢大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)宋天佑等編《無(wú)機(jī)化學(xué)》（第三版下）

[15] 為教材藍(lán)本，列舉我們選取的部分凝煉教學(xué)內(nèi)容

和本文所舉范例。

堿金屬與堿土金屬

金屬熱還原時(shí)的“反?！?/span>

熱還原法制取金屬時(shí)，可以用 Na 將 KCl 中K 還原出來(lái)。在中學(xué)階段，都認(rèn)為 K 比Na 活潑，Na 不可能將 K 從其化合物中置換出來(lái)。這里要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，中學(xué)化學(xué)中，K 比Na活潑，大多是在水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)?，F(xiàn)在的反應(yīng)條件已經(jīng)改變?yōu)楦蓱B(tài)，其反應(yīng)情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

這里進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，該反應(yīng)為什么會(huì)發(fā)生？也許一時(shí)不會(huì)有確定的答案，但對(duì)于有志于科學(xué)研究的學(xué)生，可能會(huì)促使他繼續(xù)關(guān)注該知識(shí)或相關(guān)的知識(shí)領(lǐng)域并進(jìn)行探究。

這一看似簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)，常常會(huì)被忽略或不被提及。

氫氧化物的堿性以及氧化物水合物的酸堿性對(duì)于剛進(jìn)入大學(xué)的理科學(xué)生來(lái)講，對(duì)常見(jiàn)氫氧

化物的堿性強(qiáng)弱，他們都有比較清晰的概念。如知道 NaOH、KOH 是強(qiáng)堿，LiOH、Mg(OH)2 是弱堿，Be (OH)2 顯兩性，堿金屬、堿土金屬氫氧化物的堿性從上到下依次增強(qiáng)。但對(duì)這一變化規(guī)律的原因理解，通常是定性而模糊的，不甚了解，或認(rèn)為是元素的金屬性從上到下依次增強(qiáng)的必然結(jié)果。

以 M―O―H 簡(jiǎn)單表示氫氧化物（包括氧化物水合物）的組成和結(jié)構(gòu)。

本小節(jié)介紹了離子勢(shì)的概念，雖然也是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，但對(duì)這些氫氧化物的堿性有清晰而又量化的說(shuō)明。同時(shí)，離子勢(shì)是對(duì)金屬離子極化能力大小的

果。凝煉時(shí)應(yīng)該注重“新、啟、固”三點(diǎn)?！靶隆保盒轮?/span>

一種衡量。在無(wú)機(jī)化學(xué)（I

化學(xué)原理）部分，已經(jīng)對(duì)離

識(shí)，以前沒(méi)有學(xué)過(guò)或不符合以前認(rèn)知的知識(shí)；“啟”：該知識(shí)有啟發(fā)性，對(duì)學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、終身學(xué)習(xí)能力以及情感態(tài)度有幫助或重

子極化知識(shí)有了了解，如果是有經(jīng)驗(yàn)的教師，應(yīng)該在進(jìn)行這一部分的教學(xué)時(shí)，要強(qiáng)調(diào)離子極化發(fā)生時(shí)，相鄰的兩個(gè)（正、負(fù)）離子的原子軌道比未發(fā)生極化（遠(yuǎn)

離）時(shí)產(chǎn)生了部分重疊，它們的結(jié)合更加牢固，而與被極化離子相結(jié)合的另一離子與被極化離子間的結(jié)合被削弱了，更容易斷裂而釋放出來(lái)。這就比較容易說(shuō)明堿金屬和堿土金屬堿性的變化規(guī)律。

在 M―O―H 中，金屬離子和氫離子同時(shí)對(duì)氧原子產(chǎn)生極化。同一族從上到下，這些金屬離子的極化能力減弱，它們與氧原子的結(jié)合力變小了，而另一側(cè)的氫離子的極化力很強(qiáng)，與氧原子的結(jié)合得到了加強(qiáng)，最后一起離開(kāi)了金屬離子進(jìn)入溶液。

用這一觀點(diǎn)可以提前向?qū)W生解釋一些元素的高價(jià)氧化物水合物（含氧酸），為什么通常顯示出強(qiáng)酸性：因?yàn)樵氐母邇r(jià)氧化物水合物中，元素的原子顯正價(jià)，正價(jià)越高（電荷越高、半徑越小），極化能力越強(qiáng)，與氧原子的結(jié)合越強(qiáng)，反過(guò)來(lái)削弱了氧原子與氫原子的結(jié)合，氫離子越容易離開(kāi)氧原子進(jìn)入溶液而顯示出酸性。本知識(shí)點(diǎn)在教材中用進(jìn)行了討論。

這里復(fù)習(xí)和鞏固了極化知識(shí)，又說(shuō)明了氧化物水合物顯示酸堿性的原因。

關(guān)于鹽的溶解性

本章節(jié)還有一個(gè)常見(jiàn)而又模糊的問(wèn)題，就是一些沉淀易于溶解在水中，一些不易。這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，真正碰到時(shí)，不一定能清晰的說(shuō)明。在無(wú)機(jī)化學(xué)I 部分，學(xué)習(xí)了難溶沉淀（電解質(zhì)）的溶解，對(duì)常見(jiàn)鹽和堿的溶解性和條件，結(jié)合溶度積規(guī)則和多重平衡原則可以定量討論。教材總結(jié)的定性規(guī)律是：大

（小）陽(yáng)離子與大（小）陰離子結(jié)合的鹽難溶；陰陽(yáng)離子半徑差別比較大時(shí)，容易溶解。同時(shí)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，鹽（堿）溶解時(shí)，還要考慮一個(gè)因素，就是溶解時(shí)晶格

威。

在我國(guó)目前中學(xué)階段的教學(xué)主要是為了參加高考，學(xué)生受到的訓(xùn)練主要是解析各種試題類(lèi)型。教師在教學(xué)過(guò)程中，很少或沒(méi)有時(shí)間向?qū)W生傳輸真正的科學(xué)精神實(shí)質(zhì)。學(xué)生對(duì)知識(shí)權(quán)威的印象就是校園墻面上的科學(xué)家或知識(shí)名人畫(huà)像、雕塑、教學(xué)材料，他們相信書(shū)本上的所有知識(shí)都是正確無(wú)誤的。

實(shí)際上，從大學(xué)新生開(kāi)始，就要開(kāi)始培養(yǎng)新生的科學(xué)質(zhì)疑精神。而無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，不管是原理部分還是元素部分，都有很多這樣的素材可以利用。如在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過(guò)程，就是因?yàn)榻?jīng)典物理不能解釋的一些物理現(xiàn)象（無(wú)機(jī)化學(xué)只介紹氫原子光譜）而開(kāi)始的。

不該被忽略的“化學(xué)史”

稀有氣體章節(jié)，在元素化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，不是重點(diǎn)和難點(diǎn)。這一章節(jié)的主要內(nèi)容，是介紹稀有氣體氙發(fā)生的反應(yīng)及生成的化合物，同時(shí)再次用價(jià)層電子對(duì)互斥理論分析了幾個(gè)氙形成的氟化物的空間結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)教材中，編入了稀有氣體第一個(gè)化合物 Xe+[PtF6]-的發(fā)現(xiàn)史。但往往可能會(huì)忽略這一點(diǎn)。因?yàn)樵诟绲臅r(shí)候，人們都將稀有氣體稱(chēng)為“惰性氣體”，因?yàn)檫@類(lèi)氣體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。是巴特利特于 1962 年合成出 Xe+[PtF6]-以及隨后一系列氙和其它稀有氣體化合物后，人們才將“惰性氣體”改稱(chēng)為“稀有氣體”的。而巴特利特是通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Xe 的第一電離能與O2 分子的第一電離能很接近，分別是 1170 kJ·mol-1 和 1165 kJ·mol-1. 但

能的破壞與需要的能量來(lái)源。它們是一對(duì)相互矛盾

O 與PtF 反應(yīng)生成了 O+[PtF ]-，由此激發(fā)了他的質(zhì)

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的因素，要看哪一個(gè)占主要。晶格能與正負(fù)離子的電荷和半徑都有關(guān)。正電荷越高，半徑越小，晶格能越大，離子鍵越牢固，熔沸點(diǎn)越高，越不容易溶解；但同時(shí)，正電荷越高，半徑越小，離子在水溶液中的水合熱越大，越利于溶解。最后取決于哪一個(gè)成為主要因素，而這涉及的復(fù)雜因素就不是在無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)課程階段要解決的問(wèn)題。教師在這里主要向?qū)W生傳達(dá)和強(qiáng)調(diào)事物一分為二的辯證思維和全面分析問(wèn)題的方法以及激發(fā)學(xué)生潛在的科學(xué)探索、思考能力。

利用小問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生敏銳質(zhì)疑的科學(xué)精神

科學(xué)精神的本質(zhì)是探究未知世界和對(duì)一些模糊不清的、未有最后定論的問(wèn)題進(jìn)行質(zhì)疑，不迷信權(quán)

疑，“惰性氣體”應(yīng)該不惰，最終獲得了成功。當(dāng)然，巴特利特能從眾多的物理化學(xué)數(shù)據(jù)中，敏銳地抓住核心，還應(yīng)該和他一直關(guān)注“惰性氣體應(yīng)該不惰”這一“質(zhì)疑”，也有重要的關(guān)系。

也許，有的教師在教學(xué)中根本不會(huì)提及這一化學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程或只輕描淡寫(xiě)一筆帶過(guò)，而忽視了向?qū)W生傳輸其中蘊(yùn)含的科學(xué)思想。其它部分的知識(shí)，可以要求學(xué)生自學(xué)或?qū)懗鰧W(xué)習(xí)總結(jié)來(lái)達(dá)到學(xué)習(xí)目的。

結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，堅(jiān)定學(xué)生理解化學(xué)現(xiàn)象的本源筆者在多年和學(xué)生的教學(xué)接觸過(guò)程中了解到，

學(xué)生在中學(xué)階段已經(jīng)堅(jiān)信，物質(zhì)的性質(zhì)是由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。但在中學(xué)階段，所學(xué)的化學(xué)知識(shí)大多是化學(xué)反應(yīng)（式）及對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象，再延伸至物質(zhì)的應(yīng)用。

而對(duì)這些化學(xué)現(xiàn)象或應(yīng)用的本質(zhì)介紹不多，以至于

能 fG ，比較它們的差異；按標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的定

到了大學(xué)階段學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)（I

化學(xué)原理）時(shí)，學(xué)生不

義，白磷的 fG 應(yīng)為零；用化學(xué)反應(yīng)等溫式 rG =

理解為什么要學(xué)這么多的“物理”知識(shí)，當(dāng)告訴他們今后還要專(zhuān)門(mén)學(xué)習(xí)大學(xué)“物理學(xué)”課程時(shí)，學(xué)生表現(xiàn)出的是一臉的錯(cuò)愕。在大一化學(xué)或相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的心中，大學(xué)化學(xué)可能就是會(huì)接觸到更多的化學(xué)反應(yīng)

（式），就是更多化學(xué)反應(yīng)（式）的堆砌。因此，他們對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)（化學(xué)原理）對(duì)今后學(xué)習(xí)的重要性的認(rèn)知是沒(méi)有的。而在無(wú)機(jī)化學(xué)部分，學(xué)生對(duì)從宏觀理解（熱力學(xué)）反應(yīng)的自發(fā)性，有清晰的概念，但對(duì)從微觀結(jié)構(gòu)理解物質(zhì)的性質(zhì)則顯得有些困難。這反映在學(xué)生學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、價(jià)鍵理論、晶體結(jié)構(gòu)等章節(jié)時(shí)的反應(yīng)上，這些章節(jié)也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，在進(jìn)行元素化學(xué)教學(xué)時(shí)，將化學(xué)原理知識(shí)

與物質(zhì)性質(zhì)有機(jī)結(jié)合，除能使教學(xué)效果起到事半功倍的作用，還能起到鞏固復(fù)習(xí)基礎(chǔ)理論的目的。

例如，在講授堿金屬堿土金屬章節(jié)中，或過(guò)氧化物具備的較強(qiáng)氧化性質(zhì)時(shí)，應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)它們的氧化

-RTlnKo，可以計(jì)算出其生成反應(yīng)的平衡常數(shù)為 1 的數(shù)值，而紅磷的 G 為-12.46KJ·mol-1[16]、黑磷（缺）經(jīng)判斷也應(yīng)該<0，則它們的生成反應(yīng)的平衡常數(shù)應(yīng)該大于 1。平衡常數(shù)的物理意義之一就是表示反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)大小 fG 數(shù)值越大（>0），平衡常數(shù)越小，形成的趨勢(shì)越小，本身就越不穩(wěn)定, 當(dāng)遠(yuǎn)大于 0 時(shí)，反應(yīng)根本就不能進(jìn)行了。還可引導(dǎo)學(xué)生查閱其它一些在常溫時(shí)不穩(wěn)定的物質(zhì)或易于受熱分解的物質(zhì)，比較它們的 fG ，從而加深學(xué)生對(duì) fG 以及吉布斯自由能函數(shù)的正確理解。

這里，有機(jī)地將元素化學(xué)的教學(xué)和化學(xué)原理結(jié)合了起來(lái)，使教學(xué)生動(dòng)起來(lái)，又培養(yǎng)了學(xué)生的分析思維和知識(shí)遷移能力。

當(dāng)然，如果認(rèn)為這種能力是學(xué)生本身就應(yīng)該具備的（確實(shí)，對(duì)一些學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力較好的大一學(xué)生而言），則另當(dāng)別論。

性與過(guò)氧離子O2 的鍵級(jí)要小于 O

有關(guān)。

元素及其化合物教學(xué)中學(xué)生未來(lái)探究能力的培養(yǎng)

2 2

再比如，在講授磷的性質(zhì)時(shí)，學(xué)生都知道白磷要比紅磷和黑磷活潑得多，并且黑磷是熱力學(xué)最穩(wěn)定的變體。教材上也給出了它們的空間結(jié)構(gòu)圖（略）。但學(xué)生在這一階段一般還不能分析出磷的幾種同素異形體活潑性的變化規(guī)律。如果教師不引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分析或?qū)W會(huì)分析，在教學(xué)時(shí)可能很快就跳躍過(guò)去，學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)也只能靠記憶和堆砌。

實(shí)際教學(xué)時(shí)，可以提示學(xué)生注意，磷的幾種同素異形體空間結(jié)構(gòu)的差異：白磷的 4 個(gè) P 原子形成的是一個(gè)封閉的四面體結(jié)構(gòu)，4 個(gè)面都是正三角形，也

和中學(xué)化學(xué)教學(xué)不同的是，大學(xué)化學(xué)教學(xué)中，有一些沒(méi)有最后定論和有爭(zhēng)論觀點(diǎn)，或違反一些定律的問(wèn)題出現(xiàn)在教學(xué)教材中。如在無(wú)機(jī)化學(xué)（化學(xué)原理）部分原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)中，核外電子排布要遵循的三個(gè)原則是：能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則。但違背洪特規(guī)則的實(shí)例不少。到目前為止，能解釋它們?cè)虻奈墨I(xiàn)很少。

在元素化學(xué)教學(xué)中，也有類(lèi)似的問(wèn)題出現(xiàn)：如在氮族元素章節(jié)中，對(duì)NO 分子的電子結(jié)構(gòu)，在早些的教材中，就出現(xiàn)了不同的描述：

就是 3 個(gè) P 原子形成的鍵角為 60°，此時(shí)，P-P 鍵相

(1)(

)2( * )2 (

)2( * )2(

)2(

= )4( * =*

)1；

1s 1S

2s 2S

2pz

2px

2py

2px

2py

互之間的斥力比較大，分子內(nèi)的張力比較大，P-P 鍵

(2)(

)2( * )2 (

)2( * )2 ( =

)4(

)2 ( * =*

)1.

1s 1S

2s 2S

2px

2py

2pz

2px

2py

容易斷裂，因此分子很不穩(wěn)定，異常活潑；當(dāng)白磷受熱轉(zhuǎn)變?yōu)榧t磷時(shí)，斷開(kāi)任意 1 個(gè) P-P 鍵成兩個(gè)對(duì)等的共邊三角形（空間四邊形），所謂共邊P 原子，就是共價(jià)鍵連接的兩個(gè)磷原子。相鄰的空間四邊形（成對(duì)等邊三角形）中非共邊的兩個(gè) P 原子再相連并形成一個(gè)鏈狀大分子。此時(shí)的紅磷分子結(jié)構(gòu)舒展，分子內(nèi)部斥力和張力都大幅度減少，穩(wěn)定性當(dāng)然增加。與紅磷的分子結(jié)構(gòu)比較，黑磷有更為舒展的層狀交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)當(dāng)然更穩(wěn)定[15]。

同時(shí)，還可引領(lǐng)學(xué)生用吉布斯熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：查閱白磷、紅磷、黑磷的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯生成自由

很多證據(jù)表明，應(yīng)該是（2）。筆者也對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了論證并發(fā)表了研究論文[17]。在給大一學(xué)生講解這部分內(nèi)容時(shí)提及此事，學(xué)生聽(tīng)聞后都充滿了驚異與自豪。

徐光憲教授也在談及 NO“明星分子”和人類(lèi)健康的文章中[18]，向本科生和年輕研究生呼吁，如一生中能合成一個(gè)像NO 的“明星分子”，也是了不起的成就。如果教師平常注意積累這些教學(xué)素材，定能激發(fā)學(xué)生的好奇和探究沖動(dòng)。

同樣，對(duì) NO2 分子中離域鍵結(jié)構(gòu)的描述，以前也存在著 3和 4的爭(zhēng)論。現(xiàn)在比較肯定的是 4。因

為這樣的離域電子結(jié)構(gòu)，使得 NO2

分子中中心 4N

教師的作用：“師者，所以傳道授業(yè) 解惑也”。

原子上（sp2 雜化軌道）還保留一個(gè)成單電子，有利于與另一個(gè)NO2 分子中同樣的單電子形成N2O4 分子。

類(lèi)似有待繼續(xù)探究和說(shuō)明的化學(xué)現(xiàn)象、問(wèn)題，如

主族元素一些化合物次周期性（反常）規(guī)律，具體有第五、第六、第七主族元素，它們的四、五、六周期元素單質(zhì)對(duì)應(yīng)形成的同族最（次）高氧化態(tài)氧化物及其水合物（含氧酸）的氧化性變化規(guī)律就是這種反常。氯、溴、碘鹵素元素其對(duì)應(yīng)最高氧化態(tài)含氧酸氧

化性（電極電勢(shì)）變化規(guī)律：

BrO4 /BrO3 H5IO6/IO3 ClO4 /ClO3

A/ 1.853 1.601 1.189

氯、溴、碘鹵素元素其對(duì)應(yīng)次高氧化態(tài)含氧酸氧化性（電極電勢(shì)）變化規(guī)律：

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BrO /Br

ClO

/ Cl

IO / I

通報(bào),1985(6):49-52.

3 2 3 2 3 2

A/ 1.482 1.47 1.195

對(duì)此現(xiàn)象的說(shuō)明，現(xiàn)有教材都是定性分析（略）。筆者多年前也曾對(duì)此進(jìn)行過(guò)討論[19]，但還是存在繼續(xù)探究的必要。

此類(lèi)問(wèn)題在第六主族、第五主族 4、5、6 周期依然存在。授課時(shí)如能向?qū)W生多強(qiáng)調(diào)或提示，也是可能激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)的。

總之，元素化學(xué)的教學(xué)，如果授課教師沒(méi)有用心熟悉教材和鉆研教學(xué)的“趣”點(diǎn)、“難”點(diǎn)、“學(xué)”點(diǎn)，就會(huì)使課堂教學(xué)無(wú)趣、難學(xué)、學(xué)不進(jìn)。當(dāng)然，這些不是一個(gè)剛?cè)肼毜哪贻p教師在短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到的，只有教師在結(jié)合科學(xué)研究的同時(shí)，安于教學(xué)、樂(lè)于教學(xué)，經(jīng)過(guò)時(shí)間的積累才會(huì)實(shí)現(xiàn)。

最后，元素化學(xué)的教學(xué)，并不是無(wú)章可循。只要鉆研教學(xué)方法，熟悉教學(xué)內(nèi)容，經(jīng)常反思教學(xué)的得失，尤其重要的是，對(duì)有些教學(xué)難點(diǎn)，教師在課前要有充分的思考，就是準(zhǔn)備用什么語(yǔ)言表述，才能使學(xué)生接受、理解并內(nèi)化成他們的知識(shí)。要認(rèn)真歸納總結(jié)，將科學(xué)研究和創(chuàng)新思維結(jié)合。我們經(jīng)常給學(xué)生說(shuō)，教材中沒(méi)有學(xué)生不認(rèn)識(shí)的字，即使不認(rèn)識(shí)，他們也會(huì)查字典，但課堂上還是需要教師引領(lǐng)。這就是

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