高職基礎(chǔ)化學(xué)中若干概念的比較

李邦玉

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 教育與人文科學(xué)系，江蘇 蘇州 215104)

高職基礎(chǔ)化學(xué)中若干概念的比較

李邦玉

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 教育與人文科學(xué)系，江蘇 蘇州 215104)

無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)(基礎(chǔ)化學(xué))理論多、概念多，涉及到的物質(zhì)更多，學(xué)生難于掌握.運(yùn)用比較教學(xué)的方法，對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的課程體系、基本理論和概念、元素化合物知識(shí)等內(nèi)容進(jìn)行了部分的比較解讀，借此期望幫助學(xué)生深刻、有條理、融會(huì)貫通地學(xué)好基礎(chǔ)化學(xué).

無(wú)機(jī)化學(xué)；有機(jī)化學(xué)；基礎(chǔ)化學(xué)；比較教學(xué)法；概念

無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)是基礎(chǔ)化學(xué)中最主要的部分，是食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課.無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)(基礎(chǔ)化學(xué))理論多、概念多，涉及到的物質(zhì)更多，掌握困難.在多年的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)教學(xué)工作中，發(fā)現(xiàn)可以充分利用比較的方法進(jìn)行教學(xué).所謂比較教學(xué)，就是在教學(xué)中有目的、有計(jì)劃地靈活使用教材，充分發(fā)揮比較法在教學(xué)中的功能，通過(guò)多角度、多層面的有效比較，提高教學(xué)效率.比較教學(xué)在高職基礎(chǔ)化學(xué)(無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué))教學(xué)中的應(yīng)用就是把無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)上的內(nèi)容作比較分析，找出內(nèi)容之間的相同處以及各自的特點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)有更深入的理解、更透徹的認(rèn)識(shí)，增進(jìn)學(xué)生思考分析的能力.學(xué)生通過(guò)比較后覺(jué)得學(xué)習(xí)了無(wú)機(jī)化學(xué)后，對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)大有裨益，或者學(xué)過(guò)有機(jī)化學(xué)后再來(lái)回味無(wú)機(jī)化學(xué)，對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)的認(rèn)識(shí)更清晰了.現(xiàn)參考高教版高職無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)等教材[1-4]，選擇無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)中課程體系、反應(yīng)類(lèi)型、化學(xué)鍵及部分物質(zhì)類(lèi)別進(jìn)行比較，供同仁教學(xué)及高職學(xué)生學(xué)習(xí)參考，望能起到拋磚引玉的效果.

1 無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)課程體系比較

高職無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)課程是緊密聯(lián)系的.學(xué)生先學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)，了解化學(xué)的基本理論，學(xué)習(xí)元素及其化合物知識(shí)；再學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)，高職有機(jī)化學(xué)直接講烴，再介紹烴的衍生物.絕大部分化學(xué)基本理論都是在無(wú)機(jī)化學(xué)部分講解的，在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)時(shí)，利用無(wú)機(jī)化學(xué)中學(xué)到的基本理論理解有機(jī)化學(xué)內(nèi)容.其實(shí)，有機(jī)化學(xué)也有其特殊的基本理論，只是眼下的高職有機(jī)化學(xué)教材沒(méi)有單獨(dú)列出來(lái)講，而是穿插在相關(guān)各章中的，目的可能是盡可能減少理論，分散難點(diǎn)，降低難度.目前通常把無(wú)機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)內(nèi)容合在一起作為一門(mén)課叫無(wú)機(jī)及分析化學(xué)[5]，但筆者認(rèn)為把無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)合在一塊稱(chēng)為基礎(chǔ)化學(xué)更合理，如表1所示.所謂基礎(chǔ)化學(xué)，即包括化學(xué)基本理論、化學(xué)物質(zhì)(包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物)簡(jiǎn)介兩大部分，先介紹基本理論，再學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物知識(shí).目前這方面的工作還很少，房愛(ài)敏[6]等在這方面做了一些探索，并編寫(xiě)了一本高職使用的基礎(chǔ)化學(xué)，把四大化學(xué)內(nèi)容全部揉合在一起，筆者覺(jué)得似乎太籠統(tǒng)了點(diǎn).而解從霞[7]等編寫(xiě)的高職基礎(chǔ)化學(xué)其實(shí)就是無(wú)機(jī)及分析化學(xué).本文目的之一是想通過(guò)比較無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的基本概念，說(shuō)明兩者之間關(guān)系緊密，有合二為一的基礎(chǔ).分析化學(xué)應(yīng)在無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)后上，它應(yīng)包括：分析化學(xué)的基本原理及主要方法；無(wú)機(jī)物分析和有機(jī)物分析.而現(xiàn)在的分析化學(xué)教材則主要按化學(xué)分析和儀器分析來(lái)分別組織教學(xué)的.

表1 高職基礎(chǔ)化學(xué)體系

2 無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)部分概念比較

2.1 無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型比較

有機(jī)反應(yīng)指有機(jī)物參與的反應(yīng)，反應(yīng)物常稱(chēng)為底物和試劑，常用箭頭連接反應(yīng)物和生成物.有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型主要是依據(jù)底物的裂解方式，分為均裂反應(yīng)(自由基反應(yīng))與異裂反應(yīng)(離子反應(yīng))，下面又可細(xì)分為多種反應(yīng)形式.有些是和無(wú)機(jī)反應(yīng)名稱(chēng)、實(shí)質(zhì)是一致的，如水解反應(yīng)；有些是無(wú)機(jī)反應(yīng)中難找到對(duì)應(yīng)的，如協(xié)同反應(yīng)；有些和無(wú)機(jī)反應(yīng)名稱(chēng)不一致，但仔細(xì)分析一下，實(shí)質(zhì)或形式上有聯(lián)系，如：①取代反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng).它們有類(lèi)似的地方，都是反應(yīng)物交換成分，生成新物質(zhì).復(fù)分解反應(yīng)一般在無(wú)機(jī)反應(yīng)中使用；取代反應(yīng)只在有機(jī)反應(yīng)中使用，且反應(yīng)物可以是單質(zhì)，而復(fù)分解反應(yīng)不可以；復(fù)分解反應(yīng)的特點(diǎn)是形成弱電解質(zhì)，取代反應(yīng)的產(chǎn)物不受此限制；復(fù)分解反應(yīng)本質(zhì)是離子反應(yīng)，取代反應(yīng)本質(zhì)是基團(tuán)的交換，遵守能量最低原則.②氧化還原反應(yīng).有機(jī)物充當(dāng)氧化劑的反應(yīng)叫還原反應(yīng)，反之就叫做氧化反應(yīng).有機(jī)化學(xué)中的“氧化反應(yīng)”和“還原反應(yīng)”一般不稱(chēng)為“氧化還原反應(yīng)”，雖然它們的確是氧化還原反應(yīng)，這是因?yàn)樵诿枋龇磻?yīng)類(lèi)型時(shí)主要是針對(duì)有機(jī)物而言的.部分無(wú)機(jī)、有機(jī)反應(yīng)類(lèi)型比較見(jiàn)表2 .

2.2 同分異構(gòu)現(xiàn)象(體)、同素異形現(xiàn)象(體)和同位素比較

學(xué)生在無(wú)機(jī)化學(xué)中學(xué)習(xí)過(guò)同素異形現(xiàn)象(體)和同位素概念，在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)中的同分異構(gòu)現(xiàn)象(體)時(shí)，可以跟它們比較，如表3所示.結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)各異，同分異構(gòu)體、同素異形體及同位素之間性質(zhì)相差很大.如C的同位素12C、13C和14C分別作為相對(duì)原子質(zhì)量基準(zhǔn)、核磁共振和考古測(cè)年代之用；C的同素異形體金剛石、石墨和富勒烯分別屬于原子晶體、混合晶體和分子晶體；五個(gè)碳原子的烷烴的同分異構(gòu)體正戊烷、異戊烷和新戊烷熔點(diǎn)分別為36 ℃、28 ℃和9.5 ℃.

表2 部分有機(jī)無(wú)機(jī)反應(yīng)比較

表3 同分異構(gòu)現(xiàn)象(體)、同素異形現(xiàn)象(體)、同位素比較

2.3 同系列(同系物)和族、鹵代烴和鹵化物比較

學(xué)習(xí)了無(wú)機(jī)化學(xué)的元素周期表知識(shí)后，再學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)中的同系列(同系物)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者比較相像，可以把同系列中的同系物當(dāng)成有機(jī)化學(xué)中的“同族分子”，如表4所示.直鏈烷烴同系物隨碳鏈增加，狀態(tài)由氣態(tài)到液態(tài)再到固態(tài)遞變，族中單質(zhì)如鹵素單質(zhì)也是隨原子序數(shù)增加，單質(zhì)狀態(tài)由氣體變?yōu)橐后w直至固體.鹵化物如Ag-X(X=F，Cl，Br，I)，它們的性質(zhì)隨著鹵素或金屬的性質(zhì)遞變而遞變，如AgF，AgCl，AgBr，AgI的鍵型由典型離子鍵遞變?yōu)榈湫凸矁r(jià)鍵，水中溶解度依次遞減；而有機(jī)化學(xué)中鹵代烴如R-X(X=F，Cl，Br，I)、R-Cl(R=同系列烴基)的性質(zhì)也是隨著鹵素性質(zhì)或同系列烴的性質(zhì)遞變而遞變，R-X的化學(xué)活潑性按R-F，R-Cl，R-Br，R-I順序依次增強(qiáng).

表4 同系列(同系物)和族、鹵代烴和鹵化物比較

2.4 缺電子、等電子和多電子體系比較

無(wú)機(jī)化學(xué)講到第三主族元素時(shí)，強(qiáng)調(diào)其缺電子的特點(diǎn)，即該族元素原子的價(jià)電子數(shù)少于價(jià)軌道數(shù)，稱(chēng)為缺電子原子，由它們形成的分子稱(chēng)為缺電子分子，相應(yīng)的，第四主族元素形成等電子原子、等電子分子，第五、六、七主族元素形成多電子原子、多電子分子.有機(jī)化學(xué)中也有類(lèi)似現(xiàn)象.參與成鍵的電子數(shù)少于成鍵原子數(shù)的共軛π鍵稱(chēng)為缺電子π鍵，類(lèi)似的，有等電子共軛π鍵(正常π鍵)和多電子共軛π鍵.也有簡(jiǎn)單體系的缺電子、等電子和多電子體系，如簡(jiǎn)單碳正離子、甲基自由基和甲基負(fù)離子等.包含這些特殊電子體系的微粒，具有特殊的反應(yīng)性能.如缺電子分子AlCl3是典型的路易斯酸，作為親電試劑，在有機(jī)合成如苯的烷基化和?；惺浅Ｓ玫拇呋瘎?缺電子共軛體系如烯丙基碳正離子的高穩(wěn)定性，導(dǎo)致烯丙基氯活性大增.微粒中缺電子現(xiàn)象比較見(jiàn)表5.

表5 微粒中缺電子現(xiàn)象比較

2.5 軌道雜化成鍵比較

學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物中的雜化成鍵和無(wú)機(jī)物中的類(lèi)似，如表6所示.金剛石中每個(gè)C以sp3雜化軌道與其他4個(gè)C原子以σ鍵形成正四面體立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，甲烷、烷烴中的C原子也是以sp3雜化軌道與周?chē)腃、H原子以σ 鍵形成四面體結(jié)構(gòu)；CO32-中C原子以sp2雜化軌道與周?chē)?個(gè)O原子以σ鍵形成平面三角形結(jié)構(gòu)，同時(shí)3個(gè)原子的3個(gè)p軌道形成一個(gè)共軛π鍵位于3個(gè)原子所在平面上下；烯烴中雙鍵C原子也是以sp2雜化軌道與周?chē)腃、H原子以σ鍵形成平面型結(jié)構(gòu)，同時(shí)2個(gè)C原子的2個(gè)p軌道形成一個(gè)鍵位于2個(gè)碳原子所在平面上下；CO2中C以sp雜化軌道與O原子以σ鍵形成直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，2個(gè)p軌道分別與兩側(cè)的O原子p軌道形成2個(gè)π鍵，即中心碳原子形成了2個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，炔烴中炔基C原子也是以sp雜化軌道與周?chē)腃、H等原子以σ鍵形成直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，一個(gè)C原子的2個(gè)p軌道與另一個(gè)C原子的2個(gè)p軌道形成2個(gè)π鍵，即每個(gè)C原子也是形成了2個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵；另外炔基中的C≡C 三鍵和氮?dú)釴≡N 中的三鍵有可比性.其他如石墨中也存在和苯環(huán)中由多個(gè)P軌道肩并肩地形成大π 鍵，硝酸根和羧基負(fù)離子也都存在3個(gè)原子組成的π共軛體系.

表6 無(wú)機(jī)物、有機(jī)物中雜化成鍵比較

2.6 無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸比較

典型的有機(jī)酸是羧酸及磺酸，而在酸堿質(zhì)子理論下，有機(jī)化學(xué)中許多含活潑氫的化合物都可稱(chēng)為酸.在質(zhì)子理論中，無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸的反應(yīng)性質(zhì)可進(jìn)行比較.如無(wú)機(jī)酸硅酸和有機(jī)酸苯酚的對(duì)應(yīng)反應(yīng)為：

兩組反應(yīng)的現(xiàn)象類(lèi)似：

結(jié)果說(shuō)明苯酚和硅酸一樣，是弱酸，比碳酸的酸性還弱.

2.7 無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)中電負(fù)性比較

電負(fù)性是無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)教學(xué)中廣泛應(yīng)用的一個(gè)基本概念.電負(fù)性是原子間吸引成鍵電子對(duì)的能力.在無(wú)機(jī)化學(xué)中，電負(fù)性可用來(lái)：①判斷金屬性和非金屬性及其強(qiáng)弱；②考察化學(xué)鍵鍵型及極性；③判斷 (HO)mROn的酸堿性等.在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)中，利用元素電負(fù)性不同產(chǎn)生的誘導(dǎo)效應(yīng)，判斷有機(jī)化合物的活性、穩(wěn)定性、酸堿的相對(duì)強(qiáng)弱以及反應(yīng)的機(jī)理 (如SN1或SN2) 等.

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的課程體系、基本理論和概念、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物知識(shí)等方面內(nèi)容運(yùn)用比較教學(xué)的方法進(jìn)行了一定程度的比較解讀，界定了基礎(chǔ)化學(xué)的新內(nèi)涵.比較法不僅運(yùn)用于化學(xué)研究中，也可在化學(xué)教學(xué)中采用.通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有某些體系的不足；通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)不同概念、物質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系；通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)同一理論在不同領(lǐng)域中的不同表現(xiàn)形式；通過(guò)比較使得教和學(xué)變得更深入系統(tǒng)；知識(shí)掌握得更牢固準(zhǔn)確、運(yùn)用得更靈活自如.

[1]高職高專(zhuān)化學(xué)教材編寫(xiě)組. 無(wú)機(jī)化學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[2]高職高專(zhuān)化學(xué)教材編寫(xiě)組. 有機(jī)化學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[3]周曉莉，時(shí)憧宇. 無(wú)機(jī)化學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4]袁紅蘭. 有機(jī)化學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[5]葉芬霞. 無(wú)機(jī)及分析化學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[6]房愛(ài)敏，董素芳. 基礎(chǔ)化學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[7]解從霞，傅洵，許泳吉. 基礎(chǔ)化學(xué)教程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2008.

Comparison Method in the Teaching of Basic Chemistry’s Concepts in Vocational Colleges

LI Bang-yu

(Department of Education and Human Sciences，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

There are many chemical theories，concepts and substances in inorganic chemistry and organic chemistry (basic chemistry). It is difficult for the vocational college students to grasp them. According to the comparison method in teaching，some basic theories，elements and compounds of inorganic chemistry and organic chemistry are preliminari compared in this paper. The purpose is to help students learn basic chemistry in a better，systematic way.

inorganic chemistry；organic chemistry；basic chemistry；comparison method in teaching；concept

G427

A

1008-5475(2012)04-0094-04

2012-08-15；

2012-09-10

蘇州市職業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(2009BS01)

李邦玉(1968-)，男，安徽宣城人，副教授，博士，主要從事金屬有機(jī)化學(xué)、高職基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)研究.

(責(zé)任編輯：李 華)