淺談結構化學在中學化學中的應用

劉新宇

摘要：《結構化學》是我國普通高等學?；瘜W類專業(yè)的一門主干課程，這些內容在高中階段有著非常淺顯的涉及，以及在初中階段的物理與化學的課本中，也有著極少量的語句介紹過有關于結構的內容。既是我國的教育體系中，對于結構化學的認知是隨著學生認知能力的增長一步步進行的，它們相互關聯(lián)，又相互銜接，本文是我對大學《結構化學》在中學化學的應用以及其相關聯(lián)系的一點點淺顯的見解。

關鍵詞：結構化學;中學化學;化學教育

前言

結構化學是在原子分子水平上研究物質分子構型與組成的相互關系以及結構和各種運動的相互影響的化學分支學科。結構化學在大學是一門學科，在高中階段是選修3這一本書，而在初中階段，并不到一個專題。結構化學在我國的教育體系中是層層遞進的。

1結構化學與中學化學的關系

在化學教學論的學習時，我們曾研讀過高中課本，后來我還單獨看過魯教版五四制初中課本，初中課本上也有著對物質結構的描述，雖然非常少，也非常短。但是也讓學生對物質的結構有一個初步的認識。對于結構化學，初中階段是非常短的描述，不足一個專題。在高中時代，必修部分，為一個專題，在2017年頒布的《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，有這么幾段話，普通高中化學課程以全面發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)為主旨，確定課程的主題、模塊和系列。在必修課程階段，突出化學基本觀念（大概念）的統(tǒng)領作用，選取“化學科學與實驗探究”“常見的無機物及其應用”“物質結構基礎及化學反應規(guī)律簡單的有機化合物及其應用”“化學與社會發(fā)展”5個主題。在選修課程階段是一本書，為選修三《物質的結構與性質》。同樣的，在2017年的新課標中也有相關規(guī)定。條文如下：在選擇性必修課程中，依據(jù)化學學科的基礎性研究領域，設置“化學反應原理”“物質結構與性質”“有機化學基礎”3個模塊。

在2017年修訂的新課標中，明確規(guī)定了對分子、化學鍵、以及分子晶體、原子晶體、離子晶體的要求。例如，高一側重原子結構，高二側重介紹化學鍵合分子結構，高三側重介紹晶體的類型、性質以及關系。

初高中時代的結構化學，與《結構化學》的后半部分關系更大，跟晶體結構部分的關系更大，譬如最密六方堆積，體心立方堆積、面心立方等晶體晶胞的結構等。在高中階段的物質結構與性質中，原子和分子結構的內容也有涉及，不過這些部分跟大學的無機化學部分關系更大一些。比如原子結構，分子結構，最初步的雜化分子軌道理論等。在初中階段，的元素周期律部分，也初步介紹了原子結構。

我用一副smartart圖片來表示其知識面擴大的層級遞進關系。

可能如果知識聯(lián)結到更高深的層次，會更加的精細化。一步一步順著教育知識，層層遞進。

2結構化學在中學化學教學中的應用

2.1概述

大學結構化學知識對高中化學教學有極其重要的指導作用，通過對物質從其分子結構層次的認識和分析，不僅能夠解釋許多現(xiàn)象和事實，而且將更有助于從本質上對物質性質的了解和運用。

高中階段的三部分，與大學《結構化學》中的量子力學基礎、原子結構、現(xiàn)代化學鍵的概念以及分子對稱性、晶體結構都有密切關系。

我覺得用一副smartart圖片可能能較好地表達他們之間的關系。

大概是這么一種層層深入的關系，在化學鍵、化學鍵、以及分子晶體、原子晶體、離子晶體這幾個部分。

2.2應用實例

結構化學與初高中部分聯(lián)系密切。譬如以下幾個問題的應用：

問題一、氫原子核外僅有一個電子，是否其電子層也僅有一個？

回答這一問題需用原子結構知識。在原子核外運動的電子具有一定的能量，其值依所處K、L、M、.N”…（n=1、2、.3.4……）層的順序依次增大。當n一定時，原子核外一個電子的可能的運動狀態(tài)數(shù)為n“個。對于穩(wěn)態(tài)的單電子原子，其電子處于基態(tài)，。=1，當體系得到能量時，電子受激發(fā)，可以躍遷到n二2或n二3、4……的L或M、N……電子層，直至電離。所以說氫原子核外的一個電子是處在一定的電子層上，而不是僅有一個電子層。

問題二、不成鹽氧化物就是中性氧化物嗎？

當人們把非金屬氧化物叫做酸性氧化物時，一般都要指出CO、NO例外，它們與酸或堿都不能起反應生成鹽，所以把它們叫做不成鹽氧化物。有人把它們叫做中性氧化物，用分子軌道理論和路易斯酸堿理論可以說明這說法是不確切的。CO和NO的分子軌道表示式分別為：

二者都有弧電子對（5o）2，可以作為電子對給予體，同時有二反鍵空軌道（2勸，可以接受電子對根據(jù)路易斯的“電子論”，能夠接受電子對的物質稱為酸，能夠給出電子對的物質稱堿。根據(jù)阿侖尼烏斯“電離理論”，把在水溶液中離解出的陽離子僅僅H小的物質稱為酸，離解出的陰離子僅僅是OH-的物質稱為堿。

綜上所述，對于CO和NO分子，按照經典酸堿理論（包括富蘭克林的“溶劑論和布郎斯特、勞瑞的“質子論”）來看，它們不是酸、不是堿，而是中性的，從路易斯酸堿理論看，它們既是二酸，又是路易斯堿。把它們叫做中性氧化物是恰當?shù)摹?/p>