对原子结构教学中两个问题的讨论

陈丽华+施志斌

摘 要：中学原子结构的课堂教学中，容易产生一些缺乏严谨性的情况。针对能级交错与分裂、洪特规则等内容教学过程中出现的例子进行探讨。

关键词：原子结构；问题；教学

化学上经常说“结构决定性质，性质体现结构”。新课改后，高中化学引入了部分大学内容并结合高中原有物质结构知识，组成《物质结构与性质》选修课程。在该教材实施过程中，涉及原属于大学内容的原子结构部分，由于教材的语言不详、教辅的误导、忽视经验规律的适用条件等因素影响，长期存在一些问题，从而给广大师生造成困扰。

一、3d一定比4s的轨道能量高吗

苏教版教材介绍原子轨道能量的高低时，引入了“原子核外电子排布的轨道能量顺序图”，但未作适用说明。从教材给出的信息及其他教辅习题的拓展，往往引导师生认为“3d轨道能量比4s高”的结论总是成立的。

虽然“顺序图”在指导书写电子排布式的过程中起到重要的作用。但是遇到解释第四周期过渡金属失去电子等，却容易出现问题。为什么这些过渡金属不是先失去“能量较高的3d电子”，反而先失去“能量较低的4s电子”呢？化学上不是说“能量越低越稳定”吗？

通过对第四周期元素3d和4s轨道能量的计算，可以发现只有K、Ca在选择电子填充位置时，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈现E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地强调“3d轨道能量比4s高”和“轨道能量顺序图”等能级交错、能级分裂现象，不仅造成思维理解混乱，也不符合客观事实。

二、Cu+结构比Cu2+稳定，性质却不如Cu2+稳定

物质的稳定性决定因素有许多，原子（离子）结构只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+结构稳定性时，需要忽略微粒之间的相互作用等因素影响。即在高温气态时，Cu+比Cu2+稳定，与电子构型的稳定性有一定的关系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合离子时，水合热ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合热ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成结构更稳定的水合铜离子放出大量的热，不仅足以弥补第二电离能，还使总反应表现为放热，有利于朝歧化方向进行。

三、启示

在教学中应根据课程标准对其进行正确解读，不能想当然地拓展而失去科学性支持。在不能违背认知规律，提前学习大学化学知识的前提下，在原子结构的教学过程中不妨告诉学生一些真相：“轨道能量高低顺序图”是不完善的、原子结构并非决定物质性质的唯一因素等。这些真相点到即可，不仅不会增加学生的学习负担，还能消除误解，使学生认识到当前阶段所学化学知识的局限，增加学习兴趣，也给以后进一步学习化学留下探索空间。

参考文献：

王祖浩.物质结构与性质.2版[M].南京：江苏教育出版社，2009.

作者简介：陈丽华，女，1981年12月出生，大学本科。就职于福建省长乐市第一中学，研究课堂教学等。

摘 要：中学原子结构的课堂教学中，容易产生一些缺乏严谨性的情况。针对能级交错与分裂、洪特规则等内容教学过程中出现的例子进行探讨。

关键词：原子结构；问题；教学

化学上经常说“结构决定性质，性质体现结构”。新课改后，高中化学引入了部分大学内容并结合高中原有物质结构知识，组成《物质结构与性质》选修课程。在该教材实施过程中，涉及原属于大学内容的原子结构部分，由于教材的语言不详、教辅的误导、忽视经验规律的适用条件等因素影响，长期存在一些问题，从而给广大师生造成困扰。

一、3d一定比4s的轨道能量高吗

苏教版教材介绍原子轨道能量的高低时，引入了“原子核外电子排布的轨道能量顺序图”，但未作适用说明。从教材给出的信息及其他教辅习题的拓展，往往引导师生认为“3d轨道能量比4s高”的结论总是成立的。

虽然“顺序图”在指导书写电子排布式的过程中起到重要的作用。但是遇到解释第四周期过渡金属失去电子等，却容易出现问题。为什么这些过渡金属不是先失去“能量较高的3d电子”，反而先失去“能量较低的4s电子”呢？化学上不是说“能量越低越稳定”吗？

通过对第四周期元素3d和4s轨道能量的计算，可以发现只有K、Ca在选择电子填充位置时，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈现E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地强调“3d轨道能量比4s高”和“轨道能量顺序图”等能级交错、能级分裂现象，不仅造成思维理解混乱，也不符合客观事实。

二、Cu+结构比Cu2+稳定，性质却不如Cu2+稳定

物质的稳定性决定因素有许多，原子（离子）结构只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+结构稳定性时，需要忽略微粒之间的相互作用等因素影响。即在高温气态时，Cu+比Cu2+稳定，与电子构型的稳定性有一定的关系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合离子时，水合热ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合热ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成结构更稳定的水合铜离子放出大量的热，不仅足以弥补第二电离能，还使总反应表现为放热，有利于朝歧化方向进行。

三、启示

在教学中应根据课程标准对其进行正确解读，不能想当然地拓展而失去科学性支持。在不能违背认知规律，提前学习大学化学知识的前提下，在原子结构的教学过程中不妨告诉学生一些真相：“轨道能量高低顺序图”是不完善的、原子结构并非决定物质性质的唯一因素等。这些真相点到即可，不仅不会增加学生的学习负担，还能消除误解，使学生认识到当前阶段所学化学知识的局限，增加学习兴趣，也给以后进一步学习化学留下探索空间。

参考文献：

王祖浩.物质结构与性质.2版[M].南京：江苏教育出版社，2009.

作者简介：陈丽华，女，1981年12月出生，大学本科。就职于福建省长乐市第一中学，研究课堂教学等。

摘 要：中学原子结构的课堂教学中，容易产生一些缺乏严谨性的情况。针对能级交错与分裂、洪特规则等内容教学过程中出现的例子进行探讨。

关键词：原子结构；问题；教学

化学上经常说“结构决定性质，性质体现结构”。新课改后，高中化学引入了部分大学内容并结合高中原有物质结构知识，组成《物质结构与性质》选修课程。在该教材实施过程中，涉及原属于大学内容的原子结构部分，由于教材的语言不详、教辅的误导、忽视经验规律的适用条件等因素影响，长期存在一些问题，从而给广大师生造成困扰。

一、3d一定比4s的轨道能量高吗

苏教版教材介绍原子轨道能量的高低时，引入了“原子核外电子排布的轨道能量顺序图”，但未作适用说明。从教材给出的信息及其他教辅习题的拓展，往往引导师生认为“3d轨道能量比4s高”的结论总是成立的。

虽然“顺序图”在指导书写电子排布式的过程中起到重要的作用。但是遇到解释第四周期过渡金属失去电子等，却容易出现问题。为什么这些过渡金属不是先失去“能量较高的3d电子”，反而先失去“能量较低的4s电子”呢？化学上不是说“能量越低越稳定”吗？

通过对第四周期元素3d和4s轨道能量的计算，可以发现只有K、Ca在选择电子填充位置时，E（3d）>E（4s）；而其他元素原子均呈现E（3d）

另外值得一提的是，不是所有原子都有E（3s）

因此，片面地强调“3d轨道能量比4s高”和“轨道能量顺序图”等能级交错、能级分裂现象，不仅造成思维理解混乱，也不符合客观事实。

二、Cu+结构比Cu2+稳定，性质却不如Cu2+稳定

物质的稳定性决定因素有许多，原子（离子）结构只是其中之一。在研究Cu+、Cu2+结构稳定性时，需要忽略微粒之间的相互作用等因素影响。即在高温气态时，Cu+比Cu2+稳定，与电子构型的稳定性有一定的关系，2Cu+（g）？葑Cu2+（g）+Cu（s） ΔrH=872.3kJ/mol。

在溶液中，Cu2+形成水合离子时，水合热ΔhH=-2121.3kJ/mol，而Cu+的水合热ΔhH=-581.6kJ/mol。可得，2Cu+（aq）？葑Cu2+（aq）+Cu（s）ΔrH=-85.8kJ/mol。形成结构更稳定的水合铜离子放出大量的热，不仅足以弥补第二电离能，还使总反应表现为放热，有利于朝歧化方向进行。

三、启示

在教学中应根据课程标准对其进行正确解读，不能想当然地拓展而失去科学性支持。在不能违背认知规律，提前学习大学化学知识的前提下，在原子结构的教学过程中不妨告诉学生一些真相：“轨道能量高低顺序图”是不完善的、原子结构并非决定物质性质的唯一因素等。这些真相点到即可，不仅不会增加学生的学习负担，还能消除误解，使学生认识到当前阶段所学化学知识的局限，增加学习兴趣，也给以后进一步学习化学留下探索空间。

参考文献：

王祖浩.物质结构与性质.2版[M].南京：江苏教育出版社，2009.

作者简介：陈丽华，女，1981年12月出生，大学本科。就职于福建省长乐市第一中学，研究课堂教学等。