基于“證據(jù)推理”的電子式書寫模型

張高豪

摘要：學(xué)生書寫電子式時(shí)的困惑在于不清楚非金屬原子之間有無共用電子、有幾對(duì)共用電子，缺少證據(jù)推理意識(shí)，推出不恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。采用數(shù)學(xué)推理法的電子式書寫模型，可突破電子式書寫時(shí)的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;電子式;書寫模型

文章編號(hào)：1008-0546（2018）12-0063-02中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.021

在批閱學(xué)生作業(yè)時(shí)，驚訝地發(fā)現(xiàn)每次都能考得很優(yōu)秀的化學(xué)科代表同學(xué)竟把CaCl2的電子式寫成了兩個(gè)氯原子之間有一對(duì)共用電子，并且找不到出錯(cuò)的原因在哪里。這一現(xiàn)象說明學(xué)生對(duì)電子式的理解不夠深刻，頭腦中缺少電子式的書寫模型。

一、強(qiáng)化證據(jù)推理意識(shí)

電子式書寫是蘇教版教材《化學(xué)2》專題1第二單元微粒間的相互作用力中的一部分內(nèi)容。通過書寫電子式有助于高一學(xué)生從微觀角度加深對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解，建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)的初步模型。

化學(xué)核心素養(yǎng)的五個(gè)方面之一是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系[1]。推理不能依靠表面現(xiàn)象憑感覺去判斷，要有確鑿的證據(jù)讓人口服心服。解決問題時(shí)如同法官判案，依據(jù)的是哪一部法律，法律的哪一條哪一款。化學(xué)上推理要能說出用的是哪一條規(guī)律、定律、公式、數(shù)據(jù)或信息。

過氧化鈉（Na2O2）兩個(gè)氧原子之間有一對(duì)共用電子，有學(xué)生認(rèn)為氯化鈣（CaCl2）兩個(gè)氯挨著的，“外形”上類似過氧化鈉，也有一對(duì)共用電子。采用的是機(jī)械類比的方法推出的，沒有深入思考共用電子對(duì)的形成條件和原因。

二、電子式的書寫模型

學(xué)生對(duì)離子化合物、共價(jià)化合物的區(qū)分上沒有太大困難，書寫電子式時(shí)經(jīng)常把化合物中每一個(gè)原子周圍都點(diǎn)夠8個(gè)小黑點(diǎn)，對(duì)于兩個(gè)非金屬原子間有無共價(jià)鍵判斷不準(zhǔn)，確定有無共用電子對(duì)成了問題的要害。

1.電子式書寫模型的建立

引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：

（1）CaCl2中兩個(gè)氯原子之間有無共用電子對(duì)，依據(jù)是什么？（每個(gè)氯原子最外層7個(gè)電子，分別從鈣那里得到1個(gè)電子，7+1=8，達(dá)到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，8-8=0，不需共用電子。）

（2）CaO2中兩個(gè)氧原子之間有無共用電子對(duì)，依據(jù)是什么？（每個(gè)氧原子的最外層電子：6+1<8，未達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，8-7=1，需1對(duì)共用電子。）

（3）CaC2中兩個(gè)碳原子之間有無共用電子對(duì)，依據(jù)是什么？（每個(gè)碳原子的最外層電子：4+1<8，未達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，8-5=3，需3對(duì)共用電子。）

（4）從以上案例中能歸納出什么樣的解決問題模型？請(qǐng)寫出以上三種物質(zhì)的電子式。

學(xué)生歸納出的書寫模型出乎教師的意料：從離子化合物的化學(xué)式上看，最外層電子數(shù)之和等于8的倍數(shù)，則無共用電子對(duì)，否則有;每個(gè)非金屬原子還差幾個(gè)電子，就需形成幾對(duì)共用電子。教師對(duì)學(xué)生通過積極思考有所發(fā)現(xiàn)表示高度贊賞。

教學(xué)過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些“意外”，這些“意外”現(xiàn)象可以作為培養(yǎng)學(xué)生“找到新發(fā)現(xiàn)、得出新規(guī)律、提出新結(jié)論”的好資源 [2]。

2.電子式書寫模型的應(yīng)用

利用上述模型解決以下問題：

（1）已知Mg3N2是離子化合物，請(qǐng)判斷兩個(gè)氮原子之間有無共用電子對(duì)？寫出其電子式（最外層電子數(shù)之和為3×2+2×5=16，8的2倍，氮原子間無共用電子對(duì)）。

在幾天后的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)仍有學(xué)生把兩個(gè)氮原子之間寫了一對(duì)或三對(duì)共用電子。

（2）把Na2O2的電子式寫成Na+[]2-Na+，是否正確？為什么？

Na2O2中最外層電子數(shù)之和是2×1+6×2=14，應(yīng)有14個(gè)小黑點(diǎn)，現(xiàn)在只有12個(gè)，那兩個(gè)電子跑哪了。以強(qiáng)有力的證據(jù)證實(shí)了錯(cuò)誤的存在。

（3）請(qǐng)用電子式表示CO2和Na2O的形成過程，并比較兩者有什么異同？CO2中碳與氧之間是幾對(duì)共用電子，Na2O中兩個(gè)鈉之間有無共用電子？

通過比較離子化合物和共價(jià)化合物的形成過程，從微觀角度理解電子轉(zhuǎn)移上存在的差別。離子鍵是電子的“無償?shù)檬А?，共價(jià)鍵是電子的“合作共贏”。離子化合物中非金屬原子通過奪得電子后仍然“吃不飽”，就要通過合作的方式形成共用電子對(duì)。

CO2中碳原子最外層4個(gè)電子，8-4=4，需形成4對(duì)共用電子;氧原子最外層6個(gè)電子，8-6=2，需形成2對(duì)共用電子。Na2O中鈉離子最外層8個(gè)電子達(dá)到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，推出兩個(gè)鈉離子之間沒有共用電子對(duì)。

3.拓展提升

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有學(xué)生把氦的分子式寫成He2，當(dāng)問其為何要這樣寫時(shí)，回答說很多非金屬單質(zhì)都是雙原子分子，這個(gè)很可能也是雙原子分子。不可靠的證據(jù)推出一個(gè)不可靠的結(jié)論。

（1）氦氣為什么是單原子分子？會(huì)不會(huì)形成H3O、NaCl2這樣的分子？

（2）次氯酸（HClO）的電子式氯原子是否寫在中間？證據(jù)是什么？

（3）肼氨（N2H4）、氫化鈉（NaH）、二氟化氧（OF2）、二氯化硫（SCl2）的電子式如何寫？六氟化硫（SF6）、五氯化磷（PCl5）的電子式中每個(gè)原子是否都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)？

任何一種模型都不能面面俱到，沒有模型沒法解決問題，使用模型時(shí)也不能僵化。8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)屬于經(jīng)典物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，只能表示一部分物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的局限性，這一點(diǎn)需要讓學(xué)生知道。

三、教學(xué)反思和總結(jié)

1.證據(jù)推理能提高學(xué)生的思維品質(zhì)

發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)要培養(yǎng)正確觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。通過證據(jù)推理觸及學(xué)生的模糊認(rèn)識(shí)，轉(zhuǎn)變“迷思概念”，讓學(xué)生在登高望遠(yuǎn)的過程中提升思維品質(zhì)，享受因知識(shí)頓悟而豁然開朗的快感 [3]。電子式書寫因較簡單，教學(xué)中容易被忽視，大多通過“一回生、兩回熟”的方法進(jìn)行記憶，沒有把書寫電子式當(dāng)成提高學(xué)生思維品質(zhì)的素材去深究。書寫電子式的過程是在“講道理”，總的電子數(shù)不能多也不能少，還要讓每一個(gè)原子“滿意”。

2.建構(gòu)模型是學(xué)生學(xué)習(xí)中的抓手

在判斷離子化合物中兩個(gè)非金屬原子之間有無共用電子對(duì)時(shí)、有多少對(duì)共用電子時(shí)采用數(shù)學(xué)推理法的思維模型，讓思維過程數(shù)字化，通俗易懂，有效地突破了難點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)識(shí)從宏觀到微觀、從表象到本質(zhì)、從定性到定量的轉(zhuǎn)化。通過這一案例讓人更加相信，解決每一類問題可能都有套路和模板，找出其中的奧妙，才能體驗(yàn)出化學(xué)之美。

3.培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)要落實(shí)在每一個(gè)細(xì)節(jié)中

通過電子式的書寫引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度去認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)，建立宏觀、微觀、符號(hào)之間的聯(lián)系。在物質(zhì)變化過程中電子總數(shù)不變，培養(yǎng)學(xué)生變化過程中的守恒思想。學(xué)生書寫電子式的過程也是一個(gè)探索的過程，能歸納出規(guī)律、能有“微小”發(fā)現(xiàn)是了不起的一件事。不去想當(dāng)然、湊夠8個(gè)小黑點(diǎn)則體現(xiàn)出了求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。電子式的書寫“麻鵲雖小”，但“五臟俱全”，值得“解剖”。

參考文獻(xiàn)

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4

[2]? 鄭文昌.基于高考考查談化學(xué)備考中創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（1-2）：57

[3]? 解慕宗，林建芬.從“鹽與水的故事”到“鹽與鹽的故事”——深圳市高三名師好課“鹽類的水解”觀感論析[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（3）：15