新課程背景下的化學元素論

陳偉 王琮強 王濤

摘要：從化學史入手對化學元素論的形成進行介紹，在簡介化學元素論內涵的基礎上通過案例對其應用進行論述，以期引起學界同仁在化學教學中對化學元素論的重視。

關鍵詞：化學理論；化學元素論；應用案例

文章編號：1008-0546（201１）０５-00５５-0２中圖分類號：G63２.４１文獻標識碼：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１１．０５．０２６

化學新課程中的基礎理論被學界廣泛認為是中學化學知識的核心和重要組成部分。“元素論”更是被專家認為“應當是化學的核心理論”，且初等化學的第一任務就是要求學生通過實驗和課堂教學逐步領會和學會運用元素論［１］。《普通高中化學課程標準（實驗）》在對化學的定義中也把研究物質的“組成”列為第一要素［２］。然而，在化學教學中，雖然我們很重視元素化合物的教學，卻很少通過大量的實例來“畫龍點睛”地突出化學元素論。本文從化學史入手對化學元素論的形成進行介紹，在簡述化學元素論內涵的基礎上通過案例對其應用進行論述。

一、化學元素論的形成

從化學發展史看，元素的發現對化學學科發展具有十分重大的意義，化學元素論至今仍然是化學的最基本的理論。從化學的起源、早期冶金家到近代化學的建立，不僅是人們發現并逐步認識元素的過程，也是人們對元素的觀念從構成世界萬物的“金木水火土”五元素說、“地火水風”四元素說以及古希臘的原子論到波義耳提出科學的元素概念及至道爾頓建立科學原子論的過程，也是早期冶金家及其后化學家把這種認識方法付諸于實踐的過程。因此，不難理解為什么元素從一種哲學概念轉變為以原子質量及其差異為核心概念的道爾頓原子學說，會被公認為是現代化學的基石［１］。中外古代的哲學思想中的還原論對自然科學的影響一直很普遍。哲學家總是企圖把復雜的物質世界還原成一些簡單的、為數不多的“元素”，西方的四元素論和中國的陰陽五行論是其中的精華。把復雜的事物通過分析、分解和綜合，還原成為構成它們的基本組元的方法，至今仍然是最常用的科學方法之一［３］。正是這種方法，促進了人們對構成物質最基本單元的認識，促進了元素的發現，促進了化學元素論的形成和發展。早期冶金家把這種認識方法付諸于實踐，并通過冶金實踐得到了金屬元素，為化學元素論提供了實踐基礎和實物證據，通過實踐促進了化學元素論的發展和完善。從１８世紀中葉到１９世紀中葉的１００年間，隨著科學技術的發展，新的元素不斷地被發現和研究，由此獲得的經驗和數據等為有關元素分類的假設——三元素組、八音律表直至門捷列夫周期表及其后新元素的發現提供了素材和依據，進一步促進了元素論的發展。２０世紀以來，隨著科學技術的發展，物質結構理論、化學熱力學、化學動力學等理論逐步發展完善并成為化學中的新生領域，甚至在初等化學的教材和教學中也引進了物質結構理論知識和初淺的化學熱力學理論。然而，這些理論都是在研究元素及其化合物、以元素論作為基礎理論發展起來的，這些理論反過來又促進了元素論的完善。因此，化學元素論在其自身形成和發展的同時，對化學學科的發展也起到了舉足輕重的作用。并且，即使在現在和將來，研究物質的組成（結構）和制備前所未有的新物質是化學學科的基本任務，所以“元素論”才應當是化學的核心理論，化學元素論仍然是化學的最基本的理論 ［１］。

二、化學元素論的內涵及學生化學元素觀的建構

化學元素之于化學很像字母之于文字，也像積木塊之于積木［３］。只要把握住組字或用積木構建某個立體模型時的穩定性原則，就可以拼寫出無數的單詞和搭出各式各樣的模型來。有學者［４］ 指出，化學元素觀基本內涵包括：物質都是由元素組成的，物質可以按照元素組成進行分類，化學式表示物質的元素組成，物質間的轉化本質是元素原子間的重新組合，元素是同一類原子的總稱，元素化合價與元素原子的最外層電子有關，元素性質呈周期性變化；化學元素觀建構的價值在于：有利于對物質世界形成有序的認識，有利于形成化學的思維方法；并在此基礎上，探討了學生建構化學元素觀的價值及基本策略，本文不再贅述。

三、化學元素論的應用案例

例題制冷劑是一種易被壓縮、液化的氣體，液化后在管內循環，蒸發吸收熱量，使環境溫度降低，達到制冷目的。人們曾采用過乙醚、ＮＨ３、ＮＨ４Ｃｌ等作制冷劑，但它們不是有毒就是易燃。于是科學家根據元素性質的遞變規律來開發新的制冷劑。

據現有知識，某些元素化合物的易燃性、毒性變化趨勢如下：

（１）氫化物的易燃性：第二周期＞＞Ｈ２Ｏ＞ ＨＦ，第三周期ＳｉＨ４＞ＰＨ３＞＞；

（２）化合物的毒性：ＰＨ３＞ＮＨ３、Ｈ２ＳＨ２Ｏ、ＣＳ２ＣＯ２、ＣＣｌ４ＣＦ４，于是科學家們開始把注意力集中在含Ｆ、Ｃｌ的化合物上。

已知ＣＣｌ４的沸點為７６．８℃，ＣＦ４的沸點為－１２８℃，新制冷劑的沸點范圍應介于其間。經過較長時間反復試驗，一種新的制冷劑氟里昂ＣＦ２Ｃｌ２終于誕生了，其他類似的可以是。然而，大量使用這種制冷劑卻造成了當今的某一環境問題，即 。

這是一道很常見的題目。本題對于學生而言，不僅考查了元素周期律和元素周期表，更重要的是給學生提供了運用化學元素論的鮮活一例。作為教師，如果我們只是就題論題，而對其中蘊涵著的化學元素論不進行深層次挖掘，我們就“一葉障目”而不能見到“廬山真面目”，很難完成課程專家提出的“要求學生通過實驗和課堂教學逐步領會和學會運用元素論”這一初等化學的第一任務。組成決定性質，因此當某種物質的某些性質不能符合實際需要時，化學家想到的第一對策，往往就是改變它的組成，包括更換其中的組成元素或者變更組成元素的比率等，都可以歸因于組成（擴展為體系的元素組成）決定性質這一基本認識。化學認為物質組成包括組分和元素組成兩個層次，二者對物質性質的影響并不相同。前者以功能團和根為代表，后者一般不很直接。當然，也應當看到這種視角或方法的功能的局限，因元素、字母或積木塊本身所能提供的信息十分有限，而它們的組合和變化卻是無限的。元素組成主要反映了物質的組成，本身所能提供的關于物質性質的有關信息很少或很不充分。只有運用化合價理論和原子、分子結構理論，我們才能夠更全面、更深層次的認識和把握物質的性質。

總之，在新課程十分重視作為中學化學知識的核心和重要組成部分的化學基礎理論的背景下，化學教學應突出“仍然是化學的最基本的理論”的化學元素論，從化學史入手，通過實驗和課堂教學幫助學生逐步領會和學會運用元素論，完成初等化學的第一任務。

參考文獻

［１］宋心琦．高中化學課程標準指導下的理論教學問題［Ｊ］．化學教學，２０１０，（５）：１－５

［２］中華人民共和國教育部． 普通高中化學課程標準（實驗）［Ｍ］． 北京：人民教育出版社，２００３

［３］宋心琦，胡美玲．對中學化學的主要任務和教材改革的看法［Ｊ］．化學教育，２００１，（９）：９－１３

［４］梁永平．論中學生化學元素觀的建構［Ｊ］．化學教育，２００７，（１１）：１０－１５