基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念統(tǒng)領(lǐng)的元素周期律復(fù)習(xí)教學(xué)

武衍杰

摘要：面對(duì)“元素周期律”教學(xué)長(zhǎng)期存在的“元素性質(zhì)替代物質(zhì)性質(zhì)”“機(jī)械記憶基于元素性質(zhì)推理物質(zhì)性質(zhì)的路徑”等問(wèn)題，通過(guò)多角度分析教學(xué)主題內(nèi)容，確定了以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念為統(tǒng)領(lǐng)，以“Z*/r”衡量核對(duì)電子的束縛能力為抓手，以不同層次物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律基本事實(shí)為依托，并關(guān)聯(lián)化學(xué)鍵、微粒空間排布等結(jié)構(gòu)因素，開(kāi)展大概念統(tǒng)領(lǐng)的元素周期律復(fù)習(xí)教學(xué)，幫助學(xué)生從結(jié)構(gòu)層面理解元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)相似性和遞變性的原因。實(shí)踐效果表明，學(xué)生在課后能基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念準(zhǔn)確找到解決陌生疑難問(wèn)題的認(rèn)識(shí)角度，體現(xiàn)了基于大概念教學(xué)的遷移價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大概念；結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)；元素周期律；Z*／r

文章編號(hào)：1008-0546（2023）10-0058-07

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.10.013

一、教學(xué)主題內(nèi)容分析

1．教學(xué)研究現(xiàn)狀分析

元 周期律（表）是對(duì)零散的元素化學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的重要工具。多年的教學(xué)實(shí)踐表明該主題的教與學(xué)仍存在一些問(wèn)題：（1）學(xué)生理解層面，元素性質(zhì)直接等同物質(zhì)性質(zhì)、機(jī)械記憶基于元素性質(zhì)推理物質(zhì)性質(zhì)的路徑，但不能從結(jié)構(gòu)層面理解元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)相似性和遞變性的本質(zhì)原因；（2）教師教學(xué)層面，教學(xué)僅體現(xiàn)“位一構(gòu)一性”觀念，不注重建立“位一構(gòu)一性”推理路徑或僅要求學(xué)生記憶推理路徑。如學(xué)生能通過(guò)元素非金屬性強(qiáng)弱推理氫化物穩(wěn)定性強(qiáng)弱，卻不理解兩者為何有此聯(lián)系，這種推理實(shí)質(zhì)仍是機(jī)械記憶，只具有解題價(jià)值，不具有認(rèn)識(shí)價(jià)值?；趯?shí)踐中的問(wèn)題該主題下涌現(xiàn)出大量教學(xué)研究，涉及教科書編制和對(duì)比分析研究[1-3]；基于一定教學(xué)理念的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[4-6]；針對(duì)該主題的學(xué)習(xí)診斷與概念轉(zhuǎn)變研究[7-8]等。其中王磊團(tuán)隊(duì)[9]針對(duì)該主題全面打開(kāi)“位一構(gòu)一性”模型作了深入研究，特別強(qiáng)化了基于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)，為一線教學(xué)提供了借鑒。但針對(duì)教學(xué)中如何從結(jié)構(gòu)層面建立元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)間的聯(lián)系仍缺乏強(qiáng)有力解釋（圖1），如每輪教學(xué)中都有學(xué)生追問(wèn)為何最高價(jià)含氧酸酸性強(qiáng)弱、簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性強(qiáng)弱能表征元素非金屬性強(qiáng)弱？為什么強(qiáng)調(diào)“最高價(jià)”和“簡(jiǎn)單”等？這都需要從結(jié)構(gòu)視角作出解釋才能真正建立基于“位一構(gòu)一性”的推理路徑，而不是形成記憶層面的從“（元素）性質(zhì)”到“（物質(zhì)）性質(zhì)”的非本質(zhì)機(jī)械推理。

2．不同版本教材分析

分析當(dāng)前四套教材[10-13]中有關(guān)元素周期律內(nèi)容的組織編排特點(diǎn)，可為教師進(jìn)一步認(rèn)識(shí)該主題的素養(yǎng)功能、設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和策略提供參考，4個(gè)版本教材的章節(jié)體系如表1。

結(jié)合表1及教科書具體內(nèi)容可知，四個(gè)版本教材都將本部分置于“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題背景下，其中“人教版”“魯科版”和“蘇教版”均采取基于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)元素周期律的編排方式，而“滬科版”采取先認(rèn)識(shí)元素周期律事實(shí)再用原子結(jié)構(gòu)解釋的編排方式。兩種編排方式都體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。但不同的是除“魯科版”教材外，其他三個(gè)版本教材均將“化學(xué)鍵”內(nèi)容與元素周期律內(nèi)容并行安排，體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)不僅與微粒結(jié)構(gòu)相關(guān)還與微粒間作用有關(guān)。特別是“蘇教版”教材，還編排了基于“微?？臻g排布”認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，賦予了學(xué)生較為完整的基于“微粒結(jié)構(gòu)一微粒間作用一微?？臻g排布”認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的多重視角，這樣的編排利于糾正學(xué)生將物質(zhì)性質(zhì)等同元素性質(zhì)（只由原子結(jié)構(gòu)決定）的錯(cuò)誤觀念?！棒斂瓢妗苯滩牡膬?yōu)勢(shì)是強(qiáng)化了“元素周律”在研究陌生元素及其化合物性質(zhì)中的預(yù)測(cè)功能?？梢?jiàn)元素周期律的教學(xué)要置于認(rèn)識(shí)元素及其物質(zhì)性質(zhì)的大背景下，充分發(fā)揮原子結(jié)構(gòu)解釋（預(yù)測(cè)）元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)的工具性作用，在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題背景下注意引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)影響物質(zhì)性質(zhì)的多重結(jié)構(gòu)因素?；谏鲜龇治鰢L試以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念統(tǒng)領(lǐng)元素周期律內(nèi)容復(fù)習(xí)。

3．“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念對(duì)教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)領(lǐng)性分析

大概念是一類具有抽象性、概括性和廣泛遷移價(jià)值的學(xué)科思想和觀念。[14]因此大概念的“大”不僅體現(xiàn)在其邏輯上是上位的，更體現(xiàn)在建構(gòu)的大概念能帶給學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)視角?！敖Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是統(tǒng)領(lǐng)元素周期律復(fù)習(xí)的大概念，一方面其高度概括了以“元素周期律”內(nèi)容為核心的知識(shí)及知識(shí)結(jié)構(gòu)，如原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律及其兩者間的關(guān)系等，另一方面賦予學(xué)生“性”依賴于“構(gòu)”“構(gòu)”決定“性”的學(xué)科觀念。學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中緊緊抓住“結(jié)構(gòu)”這一關(guān)鍵要素，形成富有邏輯的認(rèn)識(shí)物質(zhì)的思維方式，如要認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)，必須認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)，要認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，必須認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的遞變規(guī)律，認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)性質(zhì)亦是如此。因此“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”不僅在主題內(nèi)容知識(shí)上具有統(tǒng)領(lǐng)性，還外顯了問(wèn)題解決的思路方法。

二、“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念統(tǒng)領(lǐng)的元素周期律復(fù)習(xí)策略選擇

1．基于Z*／r衡量核對(duì)電子的束縛能力，認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)與不同層次物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系

物質(zhì)的性質(zhì)是由結(jié)構(gòu)決定的，基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的尺度，可將物質(zhì)分為原子、分子（離子）、宏觀物質(zhì)等三個(gè)層次（圖2），任一層次物質(zhì)的性質(zhì)都與原子核外電子的行為有關(guān)。因此在元素周期律教學(xué)中除了要建立原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系，還要認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀物質(zhì)性質(zhì)的影響。影響原子核外電子運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)因素主要是有效核電荷Z*和原子半徑r，有效核電荷越大，半徑越小，核對(duì)外圍電子的束縛作用越強(qiáng)，因此可以用它們的比值表征原子核對(duì)外層電子的吸引作用。此外基于電性作用Z*／r在物質(zhì)層面還具有另一層次的含義，在無(wú)機(jī)化學(xué)上Z*還可表示陽(yáng)離子所帶電荷，Z*／r也稱離子勢(shì)，可用于評(píng)估陽(yáng)離子En+的電場(chǎng)強(qiáng)弱，離子勢(shì)越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，則E葉對(duì)其結(jié)合的原子吸引就越強(qiáng)，可以想象Z*／r值的變化將深刻影響物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)。圖3呈現(xiàn)了在課程標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)基于Z*／r對(duì)不同層次物質(zhì)性質(zhì)的解釋。因此以Z*／r為抓手，建立原子結(jié)構(gòu)與不同層次物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，是后續(xù)進(jìn)行復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2．“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題背景下的“元素周期律”復(fù)習(xí)要關(guān)聯(lián)影響物質(zhì)性質(zhì)的多重因素

傳統(tǒng)的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題背景下的元素周期律教學(xué)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)只關(guān)注原子結(jié)構(gòu)因素，忽略了化學(xué)鍵、晶型等對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響，造成學(xué)生元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)不分或元素性質(zhì)等同物質(zhì)性質(zhì)。如很多學(xué)生認(rèn)為N非金屬性較強(qiáng)，N較活潑，推理出N2性質(zhì)也很活潑的錯(cuò)誤結(jié)論。“蘇教版”必修教材的編排對(duì)如何設(shè)計(jì)教學(xué)糾偏學(xué)生的錯(cuò)誤觀念有啟示作用，其將微粒間作用和微粒空間排布對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響與元素周期律內(nèi)容安排在同一專題，賦予學(xué)生較為完整的基于“微粒結(jié)構(gòu)一微粒間作用一微粒空間排布”認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的多重視角。建議完成必修“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，在基于原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，發(fā)展學(xué)生基于化學(xué)鍵、微粒空間排布等視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的能力。當(dāng)然必修階段的教學(xué)要求僅限于了解水平，其主要目的在于引導(dǎo)學(xué)生全面認(rèn)識(shí)影響宏觀物質(zhì)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)因素，而不能盲目加深知識(shí)難度。至此，可建構(gòu)基于物質(zhì)性質(zhì)（包括元素性質(zhì)）的遞變規(guī)律為基本事實(shí)，基于Z*／r（表征核對(duì)電子的束縛）、化學(xué)鍵、微?？臻g排布等為核心概念，支撐大概念發(fā)展的概念層級(jí)結(jié)構(gòu)（圖4）。

三、“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念統(tǒng)領(lǐng)的元素周期律復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)

1．教學(xué)目標(biāo)

大概念統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)教學(xué)主要存在導(dǎo)引式和提升式兩種形式，導(dǎo)引式是指在單元教學(xué)的開(kāi)篇進(jìn)行大概念建構(gòu)，提升式是指在單元教學(xué)的結(jié)尾進(jìn)行大概念建構(gòu)。[15]“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念視角下的元素周期律教學(xué)，是學(xué)生高一必修階段完成“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”主題下“原子結(jié)構(gòu)、元素周期律（表）、化學(xué)鍵”等內(nèi)容后開(kāi)展的一節(jié)提升式復(fù)習(xí)教學(xué)。具體教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）基于同主族、同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，能從原子結(jié)構(gòu)的角度自主分析結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，以“Z*/r”衡量核對(duì)電子的束縛為大概念建構(gòu)的抓手，形成從原子結(jié)構(gòu)到元素性質(zhì)的完善推理路徑。

（2）基于同主族、同周期物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律，應(yīng)用“Z*／r”自主解釋物質(zhì)性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化的原因，形成從物質(zhì)結(jié)構(gòu)到物質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)推理路徑。

（3）基于元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)區(qū)別，認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵、微?？臻g排布對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響，豐富影響物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)視角，認(rèn)識(shí)影響物質(zhì)性質(zhì)的多重因素。

2．教學(xué)流程

遵循建構(gòu)大概念、應(yīng)用大概念、豐富大概念的教學(xué)邏輯，基于基本事實(shí)和核心概念進(jìn)行大概念建構(gòu)，豐富學(xué)生基于多重結(jié)構(gòu)因素認(rèn)識(shí)不同層次物質(zhì)性質(zhì)的能力，教學(xué)流程如圖5。

3．教學(xué)實(shí)施

（1）基于原子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)元素性質(zhì)——建構(gòu)大概念

【教師提問(wèn)】“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學(xué)學(xué)習(xí)的大概念。通過(guò)前面元素周期律內(nèi)容的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道，元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。元素性質(zhì)在周期表中的遞變規(guī)律如何？

【學(xué)生】同周期從左到右，半徑逐漸減小，元素原子的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)，最高正價(jià)逐漸增大；同主族從上到下，半徑逐漸增大，元素原子的金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。

【探尋關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素】金屬性、非金屬性強(qiáng)弱是原子核對(duì)核外電子束縛能力的表征，你認(rèn)為核對(duì)電子的束縛能力與什么有關(guān)，依據(jù)是什么？

【學(xué)生】與原子的半徑和原子的核電荷有關(guān)。初中物理學(xué)過(guò)庫(kù)倫定律表明兩電荷間的作用力的大小跟電荷量的乘積成正比、與它們之間的距離成反比，即F=k （q1 q2）/r2，原子核和核外電子都可以抽象為帶電的粒子。

【教師追問(wèn)】那能否從原子結(jié)構(gòu)的角度完整對(duì)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律進(jìn)行推理？

【學(xué)生】同周期從左到右，電子層數(shù)相同，元素原子的核電荷數(shù)逐漸增大，半徑逐漸減小，核對(duì)外圍電子的吸引作用逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸增強(qiáng)；同主族從上到下，電子層數(shù)逐漸增加，半徑逐漸增大，核對(duì)外圍電子的吸引作用逐漸減弱，失電子能力逐漸增強(qiáng)。

【突出矛盾點(diǎn)】同主族從上到下，核電荷數(shù)也在逐漸增加，根據(jù)庫(kù)侖定律會(huì)造成核與電子間的相互作用增強(qiáng)，如何理解其與半徑增大造成核與電子間相互作用減弱之間的矛盾。

【學(xué)生】核電荷數(shù)增加與半徑增大是影響核與電子間相互作用的一對(duì)矛盾，同主族從上到下半徑增大占據(jù)主要矛盾，相當(dāng)于在庫(kù)侖定律中分母增加的幅度更大，因此同主族從上到下核與電子間的作用減弱。

【教師梳理】突出主要結(jié)構(gòu)要素對(duì)元素性質(zhì)的影響（圖6）。

【外顯大概念的認(rèn)識(shí)角度】既然核電荷越大①、半徑越小核對(duì)電子的吸引作用越大，那就要綜合考慮兩者對(duì)電子行為的制約作用，能否將這兩個(gè)要素進(jìn)行統(tǒng)整。

【學(xué)生】結(jié)合庫(kù)倫定律，可以對(duì)兩者作商，Z術(shù)／r值越大，核對(duì)電子的吸引作用越強(qiáng)。

【教師補(bǔ)充】其實(shí)化學(xué)家就是用Z*／r表征原子核對(duì)外層電子的吸引作用。此外這里的Z術(shù)也可表示陽(yáng)離子所帶的電荷，因此這個(gè)比值也稱為離子勢(shì)，可用于評(píng)估陽(yáng)離子En+的電場(chǎng)強(qiáng)弱，離子勢(shì)越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，則E葉對(duì)其結(jié)合的原子吸引就越強(qiáng)。也就是說(shuō)我們建構(gòu)的Z*／r模型不僅可以表征原子層面核對(duì)電子的吸引作用，也可用于表征分子（廣義分子）內(nèi)部核對(duì)電子的吸引作用，即原子結(jié)構(gòu)還可以用來(lái)解釋、預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)。

（2）基于原子結(jié)構(gòu)解釋、預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)——應(yīng)用大概念

【教師提問(wèn)】根據(jù)元素周期律的知識(shí)，如何建立元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)間的聯(lián)系？

【學(xué)生】元素原子的金屬性強(qiáng)弱可通過(guò)單質(zhì)的還原性、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱判斷；元素原子的非金屬性強(qiáng)弱可通過(guò)單質(zhì)的氧化性、最簡(jiǎn)單氫化物的穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱判斷。

【教師設(shè)疑】大家有沒(méi)有思考過(guò)為什么可通過(guò)上述方法進(jìn)行互相推理，其本質(zhì)原因是什么？以金屬性強(qiáng)弱判斷的方法為例，大家嘗試解釋一下。

【學(xué)生討論匯報(bào)1】引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用Z*/r進(jìn)行解釋。原子Z*/r越大，奪取電子的趨勢(shì)越大，失去電子的趨勢(shì)越小，因此同周期從左到右對(duì)應(yīng)單質(zhì)的氧化性越來(lái)越強(qiáng)，還原性越來(lái)越弱；同主族從上到下對(duì)應(yīng)單質(zhì)的還原性越來(lái)越強(qiáng)，氧化性越來(lái)越弱。

【教師追問(wèn)】能否基于Z*／r解釋最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱的遞變規(guī)律？

【學(xué)生討論匯報(bào)2】堿性強(qiáng)弱即為電離出OH一的能力，各元素所對(duì)應(yīng)的堿可簡(jiǎn)化表達(dá)為E-O-H形式，En+的離子勢(shì)越大，則En+對(duì)02-的吸引作用越強(qiáng)，則電離出OH一的能力越弱，堿性越弱。同周期從左到右，離子勢(shì)逐漸增大（中心離子電荷增加，半徑變?。?，堿性逐漸變?nèi)?，如堿性NaOH>Mg（OH）2>Al（OH）3；同主族從上到下，離子勢(shì)逐漸減?。ㄖ行碾x子電荷相同，半徑變大），堿性逐漸變強(qiáng)，如堿性LiOH

【教師追問(wèn)】很好，同學(xué)們能基于微粒間的靜電作用關(guān)聯(lián)化學(xué)鍵知識(shí)，是一個(gè)很好的想法。從靜電作用的角度思考，如果En+對(duì)O2-的吸引非常強(qiáng)，可能會(huì)造成什么影響？

【學(xué)生思考】這種吸引力可能會(huì)傳導(dǎo)至O-H鍵上，使O-H之間的共用電子對(duì)更偏向于O，相當(dāng)于削弱了O-H鍵，有可能會(huì)電離出H+。

【教師追問(wèn)】從這個(gè)角度你能嘗試解釋為什么AI（OH）3顯兩性嗎？

【學(xué)生討論匯報(bào)4】在Al3+的影響下（離子勢(shì)非常大，削弱了O-H鍵），造成A13+與02-的作用力大小和O-H之間的作用力大小差不多，所以既有可能電離出OH一，也有可能電離出H+，斷鍵方式如圖7②。

E+O+H

堿酸

圖7 斷鍵方式

【教師總結(jié)】我們從結(jié)構(gòu)的角度理解了氫氧化鋁呈兩性的原因，可以想象，元素的離子半徑越小，離子所帶的正電荷越大，那么En+對(duì)O2-的吸引作用就越強(qiáng)，在水溶液中越容易電離出H+，酸性越強(qiáng)，反之堿性越強(qiáng)。那你現(xiàn)在能解釋最高價(jià)含氧酸酸性的遞變規(guī)律了嗎？

【學(xué)生匯報(bào)】學(xué)生基于Z*／r解釋酸性HClO4>H2SO4>H3PO4; HNO3>H3PO4等。

【教師追問(wèn)】為什么酸性比較時(shí)，強(qiáng)調(diào)最高價(jià)。（要求學(xué)生寫出HC1O4和HCIO的電子式，提示除H外都達(dá)八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，建議從結(jié)構(gòu)的角度分析原因）

【教師引導(dǎo)，學(xué)生分析】根據(jù)提示畫出圖8所示的電子式，發(fā)現(xiàn)在非最高價(jià)含氧酸中，中心元素原子會(huì)存在未共用的電子，而這些未共用的電子會(huì)對(duì)中心原子吸引電子的能力造成不同程度的削弱（電子間排斥），這樣就不具有可比性了。因此，強(qiáng)調(diào)最高價(jià)是為了在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下比較元素最大吸電子能力。

【教師提問(wèn)】如何基于Z*/r解釋最簡(jiǎn)單氫化物穩(wěn)定性的遞變規(guī)律？

【學(xué)生匯報(bào)】比較簡(jiǎn)單氫化物穩(wěn)定性同樣可以構(gòu)建E-H鍵連模型，Z*/r的值越大，核對(duì)共用電子對(duì)的吸引作用越強(qiáng)，共價(jià)鍵越不容易斷開(kāi)，穩(wěn)定性越強(qiáng)。例如同周期從左到右Z*／r的值變大，簡(jiǎn)單氫化物穩(wěn)定性增強(qiáng)。

【教師追問(wèn)】為什么強(qiáng)調(diào)最簡(jiǎn)單氫化物呢？

【學(xué)生】類比最高價(jià)含氧酸的問(wèn)題，應(yīng)該也是為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)E-H鍵連模型，強(qiáng)調(diào)的是中心原子與H之間的共價(jià)鍵強(qiáng)度，如果不是最簡(jiǎn)單氫化物的話可能會(huì)有其他化學(xué)鍵的干擾，比如H202中，過(guò)氧鍵就不穩(wěn)定，就不能作為O與其他元素非金屬?gòu)?qiáng)弱比較的氫化物。

【遷移應(yīng)用】介紹對(duì)角線規(guī)則，列舉基于對(duì)角線規(guī)則下物質(zhì)性質(zhì)相似性的事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用Z*／r進(jìn)行解釋，診斷學(xué)生遷移應(yīng)用能力。

【學(xué)生匯報(bào)】學(xué)生基于處于對(duì)角線位置幾種元素核電荷和半徑的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)處于對(duì)角線位置的幾種元素其Z*/r非常接近，因此性質(zhì)相似，再一次論證了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的密切聯(lián)系。

（3）基于多重結(jié)構(gòu)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)一豐富大概念

【教師過(guò)渡】原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)密切相關(guān)，是否物質(zhì)性質(zhì)只與原子結(jié)構(gòu)相關(guān)呢？展示金剛石、石墨、石墨烯、足球烯等幾種碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)（圖9），并介紹其性質(zhì)千差萬(wàn)別，提問(wèn)可能原因是什么。

【學(xué)生】學(xué)生通過(guò)觀察幾種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)碳原子的空間排布不同，導(dǎo)致了它們性質(zhì)的差異。

【教師提問(wèn)】大家畫出N和N2的電子式，預(yù)測(cè)兩者性質(zhì)的差異及其造成這種差異原因，并通過(guò)相關(guān)事實(shí)論證。

【學(xué)生分析】學(xué)生通過(guò)電子式分析兩者結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，N原子得電子能力強(qiáng)，非金屬性較強(qiáng)，但N2分子中存在三根化學(xué)鍵，使得氮?dú)庑再|(zhì)非常穩(wěn)定。并以氮?dú)庠诳諝庵蟹€(wěn)定存在、需在放電條件下才能與氧氣發(fā)生反應(yīng)等事實(shí)進(jìn)行論證。

【教師梳理，豐富大概念認(rèn)識(shí)角度】可見(jiàn)影響物質(zhì)性質(zhì)的因素不是單一的，除了微粒種類（結(jié)構(gòu)）外，微粒間的相互作用和微粒的空間排布也都是影響物質(zhì)性質(zhì)重要因素（圖10）。未來(lái)的學(xué)習(xí)中，將更深入地研究微粒作用和微?？臻g排布等因素是如何影響物質(zhì)性質(zhì)的。

四、教學(xué)實(shí)踐效果

學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，能否依賴大概念在遷移問(wèn)題中穩(wěn)定地形成分析物質(zhì)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)視角，是檢驗(yàn)本節(jié)課教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)測(cè)試問(wèn)題時(shí)，考慮盡可能避免采用學(xué)生熟悉的知識(shí)點(diǎn)，防止僅靠回憶解決問(wèn)題，同時(shí)又要能基于大概念的認(rèn)識(shí)角度作為抓手進(jìn)行分析。因此在授課結(jié)束后，設(shè)計(jì)了基于對(duì)陌生物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律的“異?！边M(jìn)行分析解釋的問(wèn)題。試題如下：已知Al和Ga是同一主族的元素，兩種元素對(duì)應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性強(qiáng)弱不符合物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律，強(qiáng)弱為AI（OH）3>Ga（OH）3，從原子結(jié)構(gòu)的角度對(duì)上述事實(shí)嘗試解釋。這一任務(wù)在學(xué)生未學(xué)習(xí)過(guò)d電子云空間分布較為彌散，造成屏蔽效應(yīng)減小的內(nèi)容前，是難以作出準(zhǔn)確回答的。但我們并不期望學(xué)生給出標(biāo)準(zhǔn)答案，而是希望學(xué)生能夠主動(dòng)調(diào)用Z*/r這一抓手，給出“相比于A1來(lái)說(shuō)，Ga核電荷Z*的增加幅度超過(guò)了原子半徑r的增加幅度，造成Z*／r的值增大，對(duì)應(yīng)堿的堿性減弱這樣的分析思路”即可，這是問(wèn)題解決的關(guān)鍵思路。根據(jù)學(xué)生作答，80%以上的學(xué)生都能基于核電荷和半徑增大對(duì)外圍電子吸引相互制約的角度進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述。充分體現(xiàn)了大概念的遷移價(jià)值。

但需要說(shuō)明的是雖然Z*/r對(duì)元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律具有很強(qiáng)的解釋力，但也要注意不能將其作為一個(gè)放之四海而皆準(zhǔn)的規(guī)律，例如元素性質(zhì)還與原子構(gòu)型有關(guān)，任何理論都有其適用范圍。我們引入Z*/r的主要目的是賦予學(xué)生認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)視角，讓學(xué)生能基于結(jié)構(gòu)視角理解元素性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律而不是死記硬背。

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