浅析人教版化学教材必修1\\2与选修3之间的联系

　　摘要：根据人教版新课程化学教材必修模块教学过程中学生遇到的问题，结合选修3物质结构与性质模块，进行了较为详细的解答，以利于选修3物质结构模块的教学。
　　关键词：人教版化学教材；必修模块；选修3；物质结构与性质
　　文章编号：1005－6629(2012)2－0008－03　中图分类号：G633.8　文献标识码：B
　　普通高中新课程改革在全国全面展开已经一年了，从最初新课程培训到教学过程中慢慢的实践，经历了一个漫长的时间。对于人教版新课程化学教材，许多老师刚开始持否定态度，认为知识点太散，必修模块涉及的知识多而不全，不能构成完整的知识体系。我通过一年新课程教学，以及对选修模块3的深入解读后，深深地体会到人教版新课程化学教材独到之处，它更加注重学生在不同认知时期对知识的理解。笔者认真分析必修1、2和选修模块3《物质结构与性质》，对有关物质结构知识做了对比，并找出相互之间的联系。领悟到必修物质结构知识充分体现了培训基本国民化学素养的要求，这样的安排适合高一学生的认知能力。而选修则是在必修的基础上，培养理科学生解决问题的能力。下面，我从高一学生在学习化学中遇到的知识层次问题，用选修3给出的解释进行阐述。
　　1、有关原子结构问题
　　1.1　为什么原子核外电子排布必须满足一定的规律
　　根据必修2第13页表1－2核电荷数1～20的元素原子核外电子排布，归纳出核外电子排布的周期性规律之后，学生会提出，为什么每一层最多容纳电子数不超过2n。个?最外层电子数为什么不超过8个等问题。选修3模块从能层与能级以及构造原理解决了这些问题。根据每一能层含有与能层序数相同的能级数，s、p、d、f……能级分别具有1、3、5、7……个原子轨道，以及泡利原理，所以第一能层最多可以容纳2x(1)＝2×1²个电子，第2能层最多可以容纳2x(1＋3)＝2×2²个电子，从而得到了每一能层最多可容纳电子数为2n2个。但根据构造原理，不同能层的不同能级之间有时会出现能级交错现象，主要体现在E(ns)　　1.2　原子核外电子的运动是固定轨迹的圆周运动吗
　　根据必修2第13页图1－7的电子层模型示意图和图1－8的钠原子的核外电子排布，高一学生会错误地认为电子的分层排布就是在固定的轨道上分层运动，也就是20世纪初玻尔认为的行星原子模型，或者必修2中所类比的洋葱式结构。选修3从量子力学的角度，纠正了这种错误认识，形象的提出了电子云的概念，指出电子的运动不可能像宏观物质运动一样确定某个时刻处于原子核外空间的何处，只能确定电子在核外各处出现的机率，根据电子经常出现的区域画出轮廓图，从而提出原子轨道的概念。电子云的提出，为后面共价键的成键方式、杂化轨道理论奠定了基础。
　　1.3　Fe^3＋为什么比Fe^2＋稳定
　　通过必修1有关铁及其化合物知识的学习，学生掌握了＋3价铁的化合物更稳定，比如氢氧化亚铁在空气中的变色。为什么＋3价铁的化合物比＋2价化合物更稳定呢?选修3在讲解电子排布图时给出了洪特规则，对这个疑问给出了台理的解释。按照构造原理，铁原子外围电子排布应该为3d⁶4s²，在失去最外层的2个电子形成亚铁离子后，3d轨道上还有6个电子，而根据洪特规则，3d轨道上半充满即3d5时比较稳定，因此，亚铁离子容易失去3d上的一个电子而形成比较稳定的＋3价铁离子。洪特规则还解决了铜、银、金的外围电子排布为什么不是(n－1)d⁴ns²，而是(n－1)d⁵ns¹，从而处于元素周期表的第11列，即IB。
　　1.4　原子半径为什么会出现周期性变化规律
　　必修2对于原子半径的大小关系，教材在第14页通过表格给出了不同原子半径的具体数据，根据这些数据，学生能够归纳出同周期从左到右，同主族从上到下的原子半径变化关系。为什么会有这样的递变规律，选修3通过影响原子半径的两个因素给出了解释。对于同周期元素，具有相同的能层数，从左到右，随着核电荷数的递增，原子核对外围电子的引力越大，从而使原子半径减小。当外围电子增加一个能层后，能层增大，电子之间的排斥作用越大，原子半径越大。因此同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。原子半径的周期性变化，影响了原子对键合电子的吸引力大小，从而使电负性出现周期性变化，解决了为什么元素的金属性与非金属性之间没有严格的分界线，单质铝、氧化铝、氢氧化铝为什么既能与强酸反应，又能与强碱反应等问题。电负性的大小关系为后面化学键类型的判断也提供了数据依据。
　　2、有关分子结构问题
　　2.1　为什么没有H、Cl、HCI等分子
　　学生进入高中前，已经了解了氧的单质存在O和O，氧的氢化物有HO和HO，于是会产生一种疑问，是否存在H、Cl以及HCl等分子呢?必修2第22页也提出了这个问题，但只是用电子式表示氯分子形成过程，并没有实质性的解决这个问题。选修3首先指明了不可能存在H、Cl以及HCl等分子，接着从共用电子对理论阐明了理由。根据共价键的饱和性，氢原子、氯原子都只有一个未成对电子，两个氢原子的s轨道之间只能以“头碰头”的形式形成一个“S－S σ轨道”填充一对电子后形成一个“σ键”，同理，可解释两个氯原子的3p上的各一个未成对电子同样以“头碰头”的形式形成一个“p－p σ键”，而氢原子与氯原子之间只能形成一个“s－p σ键”，因此不能形成H、HCl等分子。
　　2.2　化学反应为什么都伴随着能量的变化
　　必修2在化学能与热能中提到：发生化学反应时断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量，化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。选修3提出了键能的概念，即气态基态原子形成1 mol化学键释放的能量，并给出了某些共价键的键能数据，定量的解释了键能的大小与分子稳定性的关系，也为选修4《化学反应原理》中反应热的计算奠定了基础。
　　2.3　为什么甲烷是正四面体结构，乙烯是平面结构
　　在必修2第三章有机化合物中，学生了解了甲烷是正四面体结构，乙烯是平面结构。为什么不同的分子会具有不同的空间结构呢?选修3从价层电子对互斥模型和杂化轨道理论解释了以上疑问。碳原子外围电子排布为2s²2p²，根据共价键的饱和性，2p轨道上有两个未成对电子，按理只能形成两个共价键。但由于2s和2p两个原子轨道能量相近，在形成化合物时，2s上的一个电子吸收能量后激发到2p上一个空的原子轨道，再通过杂化和轨道重叠形成了不同的分子。如碳原子与氢原子形成甲烷时，碳原子2s和2p的所有原子轨道都参与杂化，形成sp³。杂化，4个杂化轨道分别与4个氢原子的s轨道电子形成4个σ轨道，填充电子后形成四个σ键，相互排斥形成了正四面体结构的分子。而碳原子与氢原子形成乙烯时，碳原子2s和2p上两个原子轨道参与杂化，形成sp²杂化，3个杂化轨道分别与2个氢原子以及另一碳原子形成3个σ键，未杂化的p轨道与另一碳原子未杂化的p轨道形成一个σ键，由于sp²3个杂化轨道相互排斥形成平面结构。
　　2.4　为什么氨气极易溶于水
　　必修1关于氨气的物理性质，教材给出了常温下氨气的水溶性为1：700，为什么氨气溶解性如此之大呢?在选修3中学生终于找到了答案，原来分子的溶解性与分子的极性、以及能否与水形成氢键有关。分子的极性又与分子的结构有关，从而体现了结构决定性质的基本化学思想。氨气分子三角锥的空间结构决定了氨气分子是极性分子，根据相似相溶原理，氨气在同样是极性分子的水中溶解性很大，并且氨气与水分子间相互形成氢键更是增大了氨气的水溶性。氢键也说明了为什么低级脂肪醇、醛、酸在水中的溶解性很大，有的甚至以任意比与水互溶，这正是因为－OH、－CHO、－COOH能与水分子间形成氢键，是一种亲水基团。
　　3、有关晶体结构的问题
　　3.1　元素周期表中，同主族单质从上到下物理性质的递变规律为什么不同
　　通过必修2第7页表1－1与第8页资料卡片，高一学生能得出IA除氢气外，碱金属单质的熔沸点随核电荷数的增大而减小，而ⅦA卤族单质的熔沸点则随核电荷数的增大而增大。变化规律为什么会有不同呢?通过对选修3晶体结构与性质的学习，我们找到了答案。IA单质除氢气外全部为金属晶体，熔沸点与碱金属离子半径大小成反比，而卤族单质的晶体属于分子晶体，熔沸点与相对分子质量成正比。由此可见，不能笼统的说同一主族单质物理性质随核电荷数的递增怎么变化。
　　3.2　为什么离子晶体固体不导电，金属晶体能导电
　　必修1关于电解质的概念是指在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物。既然离子化合物是由阴阳离子组成的，为什么只有在水溶液或者熔融状态下才能导电，而固体不导电?金属固体为什么又能导电呢?选修3从晶格能、电子气场理论的角度分析了原因。在离子晶体中，由于受到晶格能的束缚作用，虽然存在阴阳离子，但不能自由移动，只有在熔融状态或水溶液中，晶格能被破坏后形成了自由移动的离子才能导电。而金属晶体中，自由电子并不属于某一特定的原子，而是遍布在整块晶体“电子气”中。在外加电场下自由电子发生定向移动而产生导电的现象。
　　在选修3模块的教学过程中，教师可以结合以上问题，通过学生已有知识提出质疑，激发学生的学习积极性，引导学生探究问题，最后解决问题，培养学生自主学习的能