淺析人教版化學教材必修1\\2與選修3之間的聯系

　　摘要：根據人教版新課程化學教材必修模塊教學過程中學生遇到的問題，結合選修3物質結構與性質模塊，進行了較為詳細的解答，以利于選修3物質結構模塊的教學。
　　關鍵詞：人教版化學教材；必修模塊；選修3；物質結構與性質
　　文章編號：1005－6629(2012)2－0008－03　中圖分類號：G633.8　文獻標識碼：B
　　普通高中新課程改革在全國全面展開已經一年了，從最初新課程培訓到教學過程中慢慢的實踐，經歷了一個漫長的時間。對于人教版新課程化學教材，許多老師剛開始持否定態度，認為知識點太散，必修模塊涉及的知識多而不全，不能構成完整的知識體系。我通過一年新課程教學，以及對選修模塊3的深入解讀后，深深地體會到人教版新課程化學教材獨到之處，它更加注重學生在不同認知時期對知識的理解。筆者認真分析必修1、2和選修模塊3《物質結構與性質》，對有關物質結構知識做了對比，并找出相互之間的聯系。領悟到必修物質結構知識充分體現了培訓基本國民化學素養的要求，這樣的安排適合高一學生的認知能力。而選修則是在必修的基礎上，培養理科學生解決問題的能力。下面，我從高一學生在學習化學中遇到的知識層次問題，用選修3給出的解釋進行闡述。
　　1、有關原子結構問題
　　1.1　為什么原子核外電子排布必須滿足一定的規律
　　根據必修2第13頁表1－2核電荷數1～20的元素原子核外電子排布，歸納出核外電子排布的周期性規律之后，學生會提出，為什么每一層最多容納電子數不超過2n。個?最外層電子數為什么不超過8個等問題。選修3模塊從能層與能級以及構造原理解決了這些問題。根據每一能層含有與能層序數相同的能級數，s、p、d、f……能級分別具有1、3、5、7……個原子軌道，以及泡利原理，所以第一能層最多可以容納2x(1)＝2×1²個電子，第2能層最多可以容納2x(1＋3)＝2×2²個電子，從而得到了每一能層最多可容納電子數為2n2個。但根據構造原理，不同能層的不同能級之間有時會出現能級交錯現象，主要體現在E(ns)　　1.2　原子核外電子的運動是固定軌跡的圓周運動嗎
　　根據必修2第13頁圖1－7的電子層模型示意圖和圖1－8的鈉原子的核外電子排布，高一學生會錯誤地認為電子的分層排布就是在固定的軌道上分層運動，也就是20世紀初玻爾認為的行星原子模型，或者必修2中所類比的洋蔥式結構。選修3從量子力學的角度，糾正了這種錯誤認識，形象的提出了電子云的概念，指出電子的運動不可能像宏觀物質運動一樣確定某個時刻處于原子核外空間的何處，只能確定電子在核外各處出現的機率，根據電子經常出現的區域畫出輪廓圖，從而提出原子軌道的概念。電子云的提出，為后面共價鍵的成鍵方式、雜化軌道理論奠定了基礎。
　　1.3　Fe^3＋為什么比Fe^2＋穩定
　　通過必修1有關鐵及其化合物知識的學習，學生掌握了＋3價鐵的化合物更穩定，比如氫氧化亞鐵在空氣中的變色。為什么＋3價鐵的化合物比＋2價化合物更穩定呢?選修3在講解電子排布圖時給出了洪特規則，對這個疑問給出了臺理的解釋。按照構造原理，鐵原子外圍電子排布應該為3d⁶4s²，在失去最外層的2個電子形成亞鐵離子后，3d軌道上還有6個電子，而根據洪特規則，3d軌道上半充滿即3d5時比較穩定，因此，亞鐵離子容易失去3d上的一個電子而形成比較穩定的＋3價鐵離子。洪特規則還解決了銅、銀、金的外圍電子排布為什么不是(n－1)d⁴ns²，而是(n－1)d⁵ns¹，從而處于元素周期表的第11列，即IB。
　　1.4　原子半徑為什么會出現周期性變化規律
　　必修2對于原子半徑的大小關系，教材在第14頁通過表格給出了不同原子半徑的具體數據，根據這些數據，學生能夠歸納出同周期從左到右，同主族從上到下的原子半徑變化關系。為什么會有這樣的遞變規律，選修3通過影響原子半徑的兩個因素給出了解釋。對于同周期元素，具有相同的能層數，從左到右，隨著核電荷數的遞增，原子核對外圍電子的引力越大，從而使原子半徑減小。當外圍電子增加一個能層后，能層增大，電子之間的排斥作用越大，原子半徑越大。因此同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。原子半徑的周期性變化，影響了原子對鍵合電子的吸引力大小，從而使電負性出現周期性變化，解決了為什么元素的金屬性與非金屬性之間沒有嚴格的分界線，單質鋁、氧化鋁、氫氧化鋁為什么既能與強酸反應，又能與強堿反應等問題。電負性的大小關系為后面化學鍵類型的判斷也提供了數據依據。
　　2、有關分子結構問題
　　2.1　為什么沒有H、Cl、HCI等分子
　　學生進入高中前，已經了解了氧的單質存在O和O，氧的氫化物有HO和HO，于是會產生一種疑問，是否存在H、Cl以及HCl等分子呢?必修2第22頁也提出了這個問題，但只是用電子式表示氯分子形成過程，并沒有實質性的解決這個問題。選修3首先指明了不可能存在H、Cl以及HCl等分子，接著從共用電子對理論闡明了理由。根據共價鍵的飽和性，氫原子、氯原子都只有一個未成對電子，兩個氫原子的s軌道之間只能以“頭碰頭”的形式形成一個“S－S σ軌道”填充一對電子后形成一個“σ鍵”，同理，可解釋兩個氯原子的3p上的各一個未成對電子同樣以“頭碰頭”的形式形成一個“p－p σ鍵”，而氫原子與氯原子之間只能形成一個“s－p σ鍵”，因此不能形成H、HCl等分子。
　　2.2　化學反應為什么都伴隨著能量的變化
　　必修2在化學能與熱能中提到：發生化學反應時斷開反應物中的化學鍵要吸收能量，而形成生成物中的化學鍵要放出能量，化學鍵的斷裂和形成是物質在化學反應中發生能量變化的主要原因。選修3提出了鍵能的概念，即氣態基態原子形成1 mol化學鍵釋放的能量，并給出了某些共價鍵的鍵能數據，定量的解釋了鍵能的大小與分子穩定性的關系，也為選修4《化學反應原理》中反應熱的計算奠定了基礎。
　　2.3　為什么甲烷是正四面體結構，乙烯是平面結構
　　在必修2第三章有機化合物中，學生了解了甲烷是正四面體結構，乙烯是平面結構。為什么不同的分子會具有不同的空間結構呢?選修3從價層電子對互斥模型和雜化軌道理論解釋了以上疑問。碳原子外圍電子排布為2s²2p²，根據共價鍵的飽和性，2p軌道上有兩個未成對電子，按理只能形成兩個共價鍵。但由于2s和2p兩個原子軌道能量相近，在形成化合物時，2s上的一個電子吸收能量后激發到2p上一個空的原子軌道，再通過雜化和軌道重疊形成了不同的分子。如碳原子與氫原子形成甲烷時，碳原子2s和2p的所有原子軌道都參與雜化，形成sp³。雜化，4個雜化軌道分別與4個氫原子的s軌道電子形成4個σ軌道，填充電子后形成四個σ鍵，相互排斥形成了正四面體結構的分子。而碳原子與氫原子形成乙烯時，碳原子2s和2p上兩個原子軌道參與雜化，形成sp²雜化，3個雜化軌道分別與2個氫原子以及另一碳原子形成3個σ鍵，未雜化的p軌道與另一碳原子未雜化的p軌道形成一個σ鍵，由于sp²3個雜化軌道相互排斥形成平面結構。
　　2.4　為什么氨氣極易溶于水
　　必修1關于氨氣的物理性質，教材給出了常溫下氨氣的水溶性為1：700，為什么氨氣溶解性如此之大呢?在選修3中學生終于找到了答案，原來分子的溶解性與分子的極性、以及能否與水形成氫鍵有關。分子的極性又與分子的結構有關，從而體現了結構決定性質的基本化學思想。氨氣分子三角錐的空間結構決定了氨氣分子是極性分子，根據相似相溶原理，氨氣在同樣是極性分子的水中溶解性很大，并且氨氣與水分子間相互形成氫鍵更是增大了氨氣的水溶性。氫鍵也說明了為什么低級脂肪醇、醛、酸在水中的溶解性很大，有的甚至以任意比與水互溶，這正是因為－OH、－CHO、－COOH能與水分子間形成氫鍵，是一種親水基團。
　　3、有關晶體結構的問題
　　3.1　元素周期表中，同主族單質從上到下物理性質的遞變規律為什么不同
　　通過必修2第7頁表1－1與第8頁資料卡片，高一學生能得出IA除氫氣外，堿金屬單質的熔沸點隨核電荷數的增大而減小，而ⅦA鹵族單質的熔沸點則隨核電荷數的增大而增大。變化規律為什么會有不同呢?通過對選修3晶體結構與性質的學習，我們找到了答案。IA單質除氫氣外全部為金屬晶體，熔沸點與堿金屬離子半徑大小成反比，而鹵族單質的晶體屬于分子晶體，熔沸點與相對分子質量成正比。由此可見，不能籠統的說同一主族單質物理性質隨核電荷數的遞增怎么變化。
　　3.2　為什么離子晶體固體不導電，金屬晶體能導電
　　必修1關于電解質的概念是指在水溶液里或熔融狀態下能導電的化合物。既然離子化合物是由陰陽離子組成的，為什么只有在水溶液或者熔融狀態下才能導電，而固體不導電?金屬固體為什么又能導電呢?選修3從晶格能、電子氣場理論的角度分析了原因。在離子晶體中，由于受到晶格能的束縛作用，雖然存在陰陽離子，但不能自由移動，只有在熔融狀態或水溶液中，晶格能被破壞后形成了自由移動的離子才能導電。而金屬晶體中，自由電子并不屬于某一特定的原子，而是遍布在整塊晶體“電子氣”中。在外加電場下自由電子發生定向移動而產生導電的現象。
　　在選修3模塊的教學過程中，教師可以結合以上問題，通過學生已有知識提出質疑，激發學生的學習積極性，引導學生探究問題，最后解決問題，培養學生自主學習的能