| 标题 | 关于化学键的相异构想及其转化途径研究 |
| 范文 | 陈颖 摘要：文章选择了学生在理解化学键时的六个主要相异构想，并列举出了为转化这六个相异构想，学生和教师应具备的一些理论知识，以及教师应创设的教学情境。 关键词：化学键;相异构想;电荷;八电子稳定结构;共用电子 文章编号：1008-0546（2014）12-0080-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.030 对化学键在化学中占据重要地位。但化学键的概念不存在于我们的日常生活经验中。因此，当遇到化学键的主题时学生易于依赖机械学习，从而产生以下的一些相异构想。 1. 相同数量的正电荷和负电荷相互抵消形成中性分子 这个相异构想很可能来源于分子式和化学反应的教学中，如H++OH-→H2O;H++CO32-→HCO3-;强化了一个正电荷抵消一个负电荷的观念。这些化学过程与氯化钠晶体的形成是不同的，虽然晶体的总电荷是零，氯化钠晶体仍是由带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子组成的，这是重要的区别。 对于学生而言，应当了解以下的知识：电荷所带的“+”号和“-”号表示了不同的静电学行为。当一个正电荷受到质子的（+f）斥力时，它也会受到电子的（-f）引力。这意味着该正电荷在带相同的“+”和“-”电荷的两个离子的作用下，所受到的合力可能为零。所以由相同数量的Na+和Cl-构成的离子晶体是电中性的，不是因为电荷相互抵消，而是因为某正电荷（检验电荷）在晶体中受到的作用力为零。 在实际教学中，教师可创设这样的教学情境：NaF是电中性的，钠离子所带的正电荷与氟离子所带的负电荷相互抵消，它们都不再带电了，这种说法正确吗？ 2. 只有当电子在原子间转移形成带相反电荷的离子时，离子键才能形成 这种观点错误地将离子键的形成与离子的形成而不是化学键的形成紧密联系。这反映出了教学中强调金属钠和氯气的反应时，由钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子来形成氯化钠。然而，氢氧化钠水溶液和盐酸发生反应并通过蒸发结晶来形成氯化钠时，并未涉及电子转移。在这种相异构想中，离子键是通过电子的转移来确认的而不是通过随之形成的正负电荷的相互吸引。 对于学生而言，应当认识到，在19世纪的某阶段，所有的化学键都与电子的转移相关，这种观念继续影响着教材中对于氯化钠离子键形成过程的强调。但化学键的形成其实是与异种电荷的静电吸引相联系的。离子的形成应当与化学键的形成相区别。 实际教学中，教师可向学生提出问题：在MgCl2这种离子化合物中，只存在两个离子键，这种说法对吗？ 3. 学生不认为相反电荷间的作用力是化学键，它们将力的作用和键的形成区分开来 学生会认为化学键是一种实体的连接，像Cl-Cl这种结构式所描述的小棍。实际上，典型的共价键具有方向性，可以用分子式中的一条“线”来表示。典型的离子键和金属键是指向各个方向的，不能用“线”来表示。所有的静电作用力都可以代表某种化学键，不管他们能否用“线”来表示。 对于教师而言，还应当认识到：化学键的形成与原子或离子间的吸引力密切相关，这在教学中应该加以强化。 在实际教学中，教师可向学生提问，在NH4NO3中，哪些化学键是有方向性的，哪些没有？ 4. 带加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而带减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子 加号代表更多，减号代表更少。因此有学生认为有一个加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而有一个减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子。这样的学生没有将加号和减号与它们拥有的质子数和中子数联系起来。 对于学生而言，应当了解，化学中的电荷始终与质子（+）和电子（-）相联系。Na+的质子数比电子数多一个，而Na的质子数和中子数相同，这意味着Na+比Na少一个电子。Cl-的电子数比质子数多一个，而Cl的质子数与电子数相同，所以Cl-和Cl的质子数相同，Cl-比Cl多一个电子。 实际教学中，教师可向学生提问：K原子和K+的质子数、中子数、电子数分别是多少？ 5. 学生从性质上和结构上区分一种元素的原子和离子存在困难 对于一些学生来说，金属钠是活泼的，因而氯化钠也是活泼的。他们在确定中性原子及其相应的离子中的质子数、中子数和电子数上存在困难。 学生应当认识到，不同的电子构型与不同的化学性质相关。元素周期表的递变性也反映了这一点。Na和Na+的具有不同的电子数，它们的化学性质理应不同。将金属Na放在水中的现象与将食盐放在水中的现象有很大的不同。实际教学中，可创设如下的情境：当镁条在空气中加热时，它会燃烧形成明亮的火焰，如果将硫化镁在空气中加热，能看到其燃烧吗？ 6. 当讨论化学键时，学生会受到“八电子稳定结构”的前概念的影响 “八电子稳定结构”又被称为“使最外层电子达到稀有气体的电子构型”。在形成氯化钠的过程中，钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子，这样两个原子在其最外层都达到了八电子的稳定结构。甲烷的形成过程中，碳原子与四个氢原子形成共价键，在其价电子层上达到八电子的稳定结构。 学生应当认识到，除了少量的自由原子团，八电子稳定规律只对C、N、O和F严格适用，应当将“八电子稳定结构”看做一种有用的观察结论而不是一种普遍适用的定律。 教师所应当了解的除了与学生相同的部分之外，还包括：“八电子稳定结构”不能用作判断化学反应方向或产物的性质的原则，有很多的例外存在。高中化学教材将“八电子稳定结构”视作一种模型而不是定律，教学时应注意方式方法，不能让学生产生前概念的负迁移。 实际教学中，教师可创设如下情境：磷的氯化物有两种，分别为三氯化磷和五氯化磷，分别写出它们的电子式，判断磷原子是否满足八电子稳定结构。 参考文献 [1] Michael Croft，Kevin de Berg. From Common Sense Concepts to Scientifically Conditioned Concepts of Chemical Bonding：An Historical and Textbook Approach Designed to Address Learning and Teaching Issues at the Secondary School Level[J]. Science & Education，Springer Science+Business Media Dordrecht（2014.4） [2] 张琦，谷黎芳，韩雪，杨艳红. 化学键概念的学生调研及教学策略[J]. 化学教育，2012，（2） [3] 徐志军，王存宽. 国外化学键迷思概念研究对我国高中化学键教学的启示[J]. 化学教育，2010，（6） [4] 余天桃，王云. 化学键概念的发展与认识三阶段论[J]. 化学世界，2010（5） 摘要：文章选择了学生在理解化学键时的六个主要相异构想，并列举出了为转化这六个相异构想，学生和教师应具备的一些理论知识，以及教师应创设的教学情境。 关键词：化学键;相异构想;电荷;八电子稳定结构;共用电子 文章编号：1008-0546（2014）12-0080-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.030 对化学键在化学中占据重要地位。但化学键的概念不存在于我们的日常生活经验中。因此，当遇到化学键的主题时学生易于依赖机械学习，从而产生以下的一些相异构想。 1. 相同数量的正电荷和负电荷相互抵消形成中性分子 这个相异构想很可能来源于分子式和化学反应的教学中，如H++OH-→H2O;H++CO32-→HCO3-;强化了一个正电荷抵消一个负电荷的观念。这些化学过程与氯化钠晶体的形成是不同的，虽然晶体的总电荷是零，氯化钠晶体仍是由带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子组成的，这是重要的区别。 对于学生而言，应当了解以下的知识：电荷所带的“+”号和“-”号表示了不同的静电学行为。当一个正电荷受到质子的（+f）斥力时，它也会受到电子的（-f）引力。这意味着该正电荷在带相同的“+”和“-”电荷的两个离子的作用下，所受到的合力可能为零。所以由相同数量的Na+和Cl-构成的离子晶体是电中性的，不是因为电荷相互抵消，而是因为某正电荷（检验电荷）在晶体中受到的作用力为零。 在实际教学中，教师可创设这样的教学情境：NaF是电中性的，钠离子所带的正电荷与氟离子所带的负电荷相互抵消，它们都不再带电了，这种说法正确吗？ 2. 只有当电子在原子间转移形成带相反电荷的离子时，离子键才能形成 这种观点错误地将离子键的形成与离子的形成而不是化学键的形成紧密联系。这反映出了教学中强调金属钠和氯气的反应时，由钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子来形成氯化钠。然而，氢氧化钠水溶液和盐酸发生反应并通过蒸发结晶来形成氯化钠时，并未涉及电子转移。在这种相异构想中，离子键是通过电子的转移来确认的而不是通过随之形成的正负电荷的相互吸引。 对于学生而言，应当认识到，在19世纪的某阶段，所有的化学键都与电子的转移相关，这种观念继续影响着教材中对于氯化钠离子键形成过程的强调。但化学键的形成其实是与异种电荷的静电吸引相联系的。离子的形成应当与化学键的形成相区别。 实际教学中，教师可向学生提出问题：在MgCl2这种离子化合物中，只存在两个离子键，这种说法对吗？ 3. 学生不认为相反电荷间的作用力是化学键，它们将力的作用和键的形成区分开来 学生会认为化学键是一种实体的连接，像Cl-Cl这种结构式所描述的小棍。实际上，典型的共价键具有方向性，可以用分子式中的一条“线”来表示。典型的离子键和金属键是指向各个方向的，不能用“线”来表示。所有的静电作用力都可以代表某种化学键，不管他们能否用“线”来表示。 对于教师而言，还应当认识到：化学键的形成与原子或离子间的吸引力密切相关，这在教学中应该加以强化。 在实际教学中，教师可向学生提问，在NH4NO3中，哪些化学键是有方向性的，哪些没有？ 4. 带加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而带减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子 加号代表更多，减号代表更少。因此有学生认为有一个加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而有一个减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子。这样的学生没有将加号和减号与它们拥有的质子数和中子数联系起来。 对于学生而言，应当了解，化学中的电荷始终与质子（+）和电子（-）相联系。Na+的质子数比电子数多一个，而Na的质子数和中子数相同，这意味着Na+比Na少一个电子。Cl-的电子数比质子数多一个，而Cl的质子数与电子数相同，所以Cl-和Cl的质子数相同，Cl-比Cl多一个电子。 实际教学中，教师可向学生提问：K原子和K+的质子数、中子数、电子数分别是多少？ 5. 学生从性质上和结构上区分一种元素的原子和离子存在困难 对于一些学生来说，金属钠是活泼的，因而氯化钠也是活泼的。他们在确定中性原子及其相应的离子中的质子数、中子数和电子数上存在困难。 学生应当认识到，不同的电子构型与不同的化学性质相关。元素周期表的递变性也反映了这一点。Na和Na+的具有不同的电子数，它们的化学性质理应不同。将金属Na放在水中的现象与将食盐放在水中的现象有很大的不同。实际教学中，可创设如下的情境：当镁条在空气中加热时，它会燃烧形成明亮的火焰，如果将硫化镁在空气中加热，能看到其燃烧吗？ 6. 当讨论化学键时，学生会受到“八电子稳定结构”的前概念的影响 “八电子稳定结构”又被称为“使最外层电子达到稀有气体的电子构型”。在形成氯化钠的过程中，钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子，这样两个原子在其最外层都达到了八电子的稳定结构。甲烷的形成过程中，碳原子与四个氢原子形成共价键，在其价电子层上达到八电子的稳定结构。 学生应当认识到，除了少量的自由原子团，八电子稳定规律只对C、N、O和F严格适用，应当将“八电子稳定结构”看做一种有用的观察结论而不是一种普遍适用的定律。 教师所应当了解的除了与学生相同的部分之外，还包括：“八电子稳定结构”不能用作判断化学反应方向或产物的性质的原则，有很多的例外存在。高中化学教材将“八电子稳定结构”视作一种模型而不是定律，教学时应注意方式方法，不能让学生产生前概念的负迁移。 实际教学中，教师可创设如下情境：磷的氯化物有两种，分别为三氯化磷和五氯化磷，分别写出它们的电子式，判断磷原子是否满足八电子稳定结构。 参考文献 [1] Michael Croft，Kevin de Berg. From Common Sense Concepts to Scientifically Conditioned Concepts of Chemical Bonding：An Historical and Textbook Approach Designed to Address Learning and Teaching Issues at the Secondary School Level[J]. Science & Education，Springer Science+Business Media Dordrecht（2014.4） [2] 张琦，谷黎芳，韩雪，杨艳红. 化学键概念的学生调研及教学策略[J]. 化学教育，2012，（2） [3] 徐志军，王存宽. 国外化学键迷思概念研究对我国高中化学键教学的启示[J]. 化学教育，2010，（6） [4] 余天桃，王云. 化学键概念的发展与认识三阶段论[J]. 化学世界，2010（5） 摘要：文章选择了学生在理解化学键时的六个主要相异构想，并列举出了为转化这六个相异构想，学生和教师应具备的一些理论知识，以及教师应创设的教学情境。 关键词：化学键;相异构想;电荷;八电子稳定结构;共用电子 文章编号：1008-0546（2014）12-0080-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.030 对化学键在化学中占据重要地位。但化学键的概念不存在于我们的日常生活经验中。因此，当遇到化学键的主题时学生易于依赖机械学习，从而产生以下的一些相异构想。 1. 相同数量的正电荷和负电荷相互抵消形成中性分子 这个相异构想很可能来源于分子式和化学反应的教学中，如H++OH-→H2O;H++CO32-→HCO3-;强化了一个正电荷抵消一个负电荷的观念。这些化学过程与氯化钠晶体的形成是不同的，虽然晶体的总电荷是零，氯化钠晶体仍是由带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子组成的，这是重要的区别。 对于学生而言，应当了解以下的知识：电荷所带的“+”号和“-”号表示了不同的静电学行为。当一个正电荷受到质子的（+f）斥力时，它也会受到电子的（-f）引力。这意味着该正电荷在带相同的“+”和“-”电荷的两个离子的作用下，所受到的合力可能为零。所以由相同数量的Na+和Cl-构成的离子晶体是电中性的，不是因为电荷相互抵消，而是因为某正电荷（检验电荷）在晶体中受到的作用力为零。 在实际教学中，教师可创设这样的教学情境：NaF是电中性的，钠离子所带的正电荷与氟离子所带的负电荷相互抵消，它们都不再带电了，这种说法正确吗？ 2. 只有当电子在原子间转移形成带相反电荷的离子时，离子键才能形成 这种观点错误地将离子键的形成与离子的形成而不是化学键的形成紧密联系。这反映出了教学中强调金属钠和氯气的反应时，由钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子来形成氯化钠。然而，氢氧化钠水溶液和盐酸发生反应并通过蒸发结晶来形成氯化钠时，并未涉及电子转移。在这种相异构想中，离子键是通过电子的转移来确认的而不是通过随之形成的正负电荷的相互吸引。 对于学生而言，应当认识到，在19世纪的某阶段，所有的化学键都与电子的转移相关，这种观念继续影响着教材中对于氯化钠离子键形成过程的强调。但化学键的形成其实是与异种电荷的静电吸引相联系的。离子的形成应当与化学键的形成相区别。 实际教学中，教师可向学生提出问题：在MgCl2这种离子化合物中，只存在两个离子键，这种说法对吗？ 3. 学生不认为相反电荷间的作用力是化学键，它们将力的作用和键的形成区分开来 学生会认为化学键是一种实体的连接，像Cl-Cl这种结构式所描述的小棍。实际上，典型的共价键具有方向性，可以用分子式中的一条“线”来表示。典型的离子键和金属键是指向各个方向的，不能用“线”来表示。所有的静电作用力都可以代表某种化学键，不管他们能否用“线”来表示。 对于教师而言，还应当认识到：化学键的形成与原子或离子间的吸引力密切相关，这在教学中应该加以强化。 在实际教学中，教师可向学生提问，在NH4NO3中，哪些化学键是有方向性的，哪些没有？ 4. 带加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而带减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子 加号代表更多，减号代表更少。因此有学生认为有一个加号的Na+应该比中性的钠原子多一个电子，而有一个减号Cl-的应该比中性的氯原子少一个电子。这样的学生没有将加号和减号与它们拥有的质子数和中子数联系起来。 对于学生而言，应当了解，化学中的电荷始终与质子（+）和电子（-）相联系。Na+的质子数比电子数多一个，而Na的质子数和中子数相同，这意味着Na+比Na少一个电子。Cl-的电子数比质子数多一个，而Cl的质子数与电子数相同，所以Cl-和Cl的质子数相同，Cl-比Cl多一个电子。 实际教学中，教师可向学生提问：K原子和K+的质子数、中子数、电子数分别是多少？ 5. 学生从性质上和结构上区分一种元素的原子和离子存在困难 对于一些学生来说，金属钠是活泼的，因而氯化钠也是活泼的。他们在确定中性原子及其相应的离子中的质子数、中子数和电子数上存在困难。 学生应当认识到，不同的电子构型与不同的化学性质相关。元素周期表的递变性也反映了这一点。Na和Na+的具有不同的电子数，它们的化学性质理应不同。将金属Na放在水中的现象与将食盐放在水中的现象有很大的不同。实际教学中，可创设如下的情境：当镁条在空气中加热时，它会燃烧形成明亮的火焰，如果将硫化镁在空气中加热，能看到其燃烧吗？ 6. 当讨论化学键时，学生会受到“八电子稳定结构”的前概念的影响 “八电子稳定结构”又被称为“使最外层电子达到稀有气体的电子构型”。在形成氯化钠的过程中，钠原子失去一个电子，氯原子得到一个电子，这样两个原子在其最外层都达到了八电子的稳定结构。甲烷的形成过程中，碳原子与四个氢原子形成共价键，在其价电子层上达到八电子的稳定结构。 学生应当认识到，除了少量的自由原子团，八电子稳定规律只对C、N、O和F严格适用，应当将“八电子稳定结构”看做一种有用的观察结论而不是一种普遍适用的定律。 教师所应当了解的除了与学生相同的部分之外，还包括：“八电子稳定结构”不能用作判断化学反应方向或产物的性质的原则，有很多的例外存在。高中化学教材将“八电子稳定结构”视作一种模型而不是定律，教学时应注意方式方法，不能让学生产生前概念的负迁移。 实际教学中，教师可创设如下情境：磷的氯化物有两种，分别为三氯化磷和五氯化磷，分别写出它们的电子式，判断磷原子是否满足八电子稳定结构。 参考文献 [1] Michael Croft，Kevin de Berg. From Common Sense Concepts to Scientifically Conditioned Concepts of Chemical Bonding：An Historical and Textbook Approach Designed to Address Learning and Teaching Issues at the Secondary School Level[J]. Science & Education，Springer Science+Business Media Dordrecht（2014.4） [2] 张琦，谷黎芳，韩雪，杨艳红. 化学键概念的学生调研及教学策略[J]. 化学教育，2012，（2） [3] 徐志军，王存宽. 国外化学键迷思概念研究对我国高中化学键教学的启示[J]. 化学教育，2010，（6） [4] 余天桃，王云. 化学键概念的发展与认识三阶段论[J]. 化学世界，2010（5） |
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