對原子結構教學中兩個問題的討論

陳麗華+施志斌

摘 要：中學原子結構的課堂教學中，容易產生一些缺乏嚴謹性的情況。針對能級交錯與分裂、洪特規則等內容教學過程中出現的例子進行探討。

關鍵詞：原子結構；問題；教學

化學上經常說“結構決定性質，性質體現結構”。新課改后，高中化學引入了部分大學內容并結合高中原有物質結構知識，組成《物質結構與性質》選修課程。在該教材實施過程中，涉及原屬于大學內容的原子結構部分，由于教材的語言不詳、教輔的誤導、忽視經驗規律的適用條件等因素影響，長期存在一些問題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說明。從教材給出的信息及其他教輔習題的拓展，往往引導師生認為“3d軌道能量比4s高”的結論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導書寫電子排布式的過程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過渡金屬失去電子等，卻容易出現問題。為什么這些過渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學上不是說“能量越低越穩定”嗎？

通過對第四周期元素3d和4s軌道能量的計算，可以發現只有K、Ca在選擇電子填充位置時，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強調“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級交錯、能級分裂現象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實。

二、Cu+結構比Cu2+穩定，性質卻不如Cu2+穩定

物質的穩定性決定因素有許多，原子（離子）結構只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結構穩定性時，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態時，Cu+比Cu2+穩定，與電子構型的穩定性有一定的關系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結構更穩定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補第二電離能，還使總反應表現為放熱，有利于朝歧化方向進行。

三、啟示

在教學中應根據課程標準對其進行正確解讀，不能想當然地拓展而失去科學性支持。在不能違背認知規律，提前學習大學化學知識的前提下，在原子結構的教學過程中不妨告訴學生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結構并非決定物質性質的唯一因素等。這些真相點到即可，不僅不會增加學生的學習負擔，還能消除誤解，使學生認識到當前階段所學化學知識的局限，增加學習興趣，也給以后進一步學習化學留下探索空間。

參考文獻：

王祖浩.物質結構與性質.2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學本科。就職于福建省長樂市第一中學，研究課堂教學等。

摘 要：中學原子結構的課堂教學中，容易產生一些缺乏嚴謹性的情況。針對能級交錯與分裂、洪特規則等內容教學過程中出現的例子進行探討。

關鍵詞：原子結構；問題；教學

化學上經常說“結構決定性質，性質體現結構”。新課改后，高中化學引入了部分大學內容并結合高中原有物質結構知識，組成《物質結構與性質》選修課程。在該教材實施過程中，涉及原屬于大學內容的原子結構部分，由于教材的語言不詳、教輔的誤導、忽視經驗規律的適用條件等因素影響，長期存在一些問題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說明。從教材給出的信息及其他教輔習題的拓展，往往引導師生認為“3d軌道能量比4s高”的結論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導書寫電子排布式的過程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過渡金屬失去電子等，卻容易出現問題。為什么這些過渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學上不是說“能量越低越穩定”嗎？

通過對第四周期元素3d和4s軌道能量的計算，可以發現只有K、Ca在選擇電子填充位置時，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強調“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級交錯、能級分裂現象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實。

二、Cu+結構比Cu2+穩定，性質卻不如Cu2+穩定

物質的穩定性決定因素有許多，原子（離子）結構只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結構穩定性時，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態時，Cu+比Cu2+穩定，與電子構型的穩定性有一定的關系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結構更穩定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補第二電離能，還使總反應表現為放熱，有利于朝歧化方向進行。

三、啟示

在教學中應根據課程標準對其進行正確解讀，不能想當然地拓展而失去科學性支持。在不能違背認知規律，提前學習大學化學知識的前提下，在原子結構的教學過程中不妨告訴學生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結構并非決定物質性質的唯一因素等。這些真相點到即可，不僅不會增加學生的學習負擔，還能消除誤解，使學生認識到當前階段所學化學知識的局限，增加學習興趣，也給以后進一步學習化學留下探索空間。

參考文獻：

王祖浩.物質結構與性質.2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學本科。就職于福建省長樂市第一中學，研究課堂教學等。

摘 要：中學原子結構的課堂教學中，容易產生一些缺乏嚴謹性的情況。針對能級交錯與分裂、洪特規則等內容教學過程中出現的例子進行探討。

關鍵詞：原子結構；問題；教學

化學上經常說“結構決定性質，性質體現結構”。新課改后，高中化學引入了部分大學內容并結合高中原有物質結構知識，組成《物質結構與性質》選修課程。在該教材實施過程中，涉及原屬于大學內容的原子結構部分，由于教材的語言不詳、教輔的誤導、忽視經驗規律的適用條件等因素影響，長期存在一些問題，從而給廣大師生造成困擾。

一、3d一定比4s的軌道能量高嗎

蘇教版教材介紹原子軌道能量的高低時，引入了“原子核外電子排布的軌道能量順序圖”，但未作適用說明。從教材給出的信息及其他教輔習題的拓展，往往引導師生認為“3d軌道能量比4s高”的結論總是成立的。

雖然“順序圖”在指導書寫電子排布式的過程中起到重要的作用。但是遇到解釋第四周期過渡金屬失去電子等，卻容易出現問題。為什么這些過渡金屬不是先失去“能量較高的3d電子”，反而先失去“能量較低的4s電子”呢？化學上不是說“能量越低越穩定”嗎？

通過對第四周期元素3d和4s軌道能量的計算，可以發現只有K、Ca在選擇電子填充位置時，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈現E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地強調“3d軌道能量比4s高”和“軌道能量順序圖”等能級交錯、能級分裂現象，不僅造成思維理解混亂，也不符合客觀事實。

二、Cu+結構比Cu2+穩定，性質卻不如Cu2+穩定

物質的穩定性決定因素有許多，原子（離子）結構只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+結構穩定性時，需要忽略微粒之間的相互作用等因素影響。即在高溫氣態時，Cu+比Cu2+穩定，與電子構型的穩定性有一定的關系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合離子時，水合熱ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合熱ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成結構更穩定的水合銅離子放出大量的熱，不僅足以彌補第二電離能，還使總反應表現為放熱，有利于朝歧化方向進行。

三、啟示

在教學中應根據課程標準對其進行正確解讀，不能想當然地拓展而失去科學性支持。在不能違背認知規律，提前學習大學化學知識的前提下，在原子結構的教學過程中不妨告訴學生一些真相：“軌道能量高低順序圖”是不完善的、原子結構并非決定物質性質的唯一因素等。這些真相點到即可，不僅不會增加學生的學習負擔，還能消除誤解，使學生認識到當前階段所學化學知識的局限，增加學習興趣，也給以后進一步學習化學留下探索空間。

參考文獻：

王祖浩.物質結構與性質.2版[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

作者簡介：陳麗華，女，1981年12月出生，大學本科。就職于福建省長樂市第一中學，研究課堂教學等。