田長明

摘要：從初中化學(xué)教材中“溶解過程”示意圖入手，對鈉離子、氯離子結(jié)合水分子數(shù)及鈉離子和氯離子與水分子之間的作用力進行了研究。旨在啟示初中化學(xué)教師應(yīng)有批判性思維，并能認真研讀多種版本的化學(xué)教材。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)教材；氯化鈉；溶解；水合離子；批判性思維

文章編號：1005–6629（2016）8–0023–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

滬教版化學(xué)九年級下冊對“溶解”的概念有如下描述：“高錳酸鉀、食鹽和蔗糖等物質(zhì)加入水中時，構(gòu)成這些物質(zhì)的離子（如鈉離子及氯離子）或分子（如蔗糖分子）不斷向水里擴散，最終均勻分散到水中（圖1），放置一段時間后也不會發(fā)生明顯變化。我們將物質(zhì)以分子或離子形式均勻分散到另一種物質(zhì)中的過程，叫做物質(zhì)的溶解（dissolve）。[1]”

筆者對教材中的“物質(zhì)的溶解過程”的示意圖非常感興趣，特別是氯化鈉晶體的溶解過程，這幅圖有些地方值得我們?nèi)パ芯颗c思考，下面筆者就談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 兩點研究

1.1 對陰陽離子結(jié)合水分子數(shù)目的比較

從教材中的這幅圖上，我們不難發(fā)現(xiàn)，氯化鈉晶體在水分子的作用下，不斷溶解，氯化鈉晶體溶解后，鈉離子和氯離子周圍都結(jié)合了4個水分子。為什么是結(jié)合4個水分子？筆者于是又查閱了魯教版化學(xué)九年級教材，氯化鈉溶于水的微觀過程如圖2，也查閱了人教版普通高中課程標準實驗教科書化學(xué)1，NaCl在水中的溶解和電離示意圖如圖3。

在圖2中我們發(fā)現(xiàn)，鈉離子結(jié)合的水分子數(shù)有的是2，有的是3，也有的是4。氯離子結(jié)合的水分子數(shù)同樣為有的是2，有的是3，有的是4。在圖3中鈉離子結(jié)合的水分子數(shù)是5，氯離子結(jié)合的水分子數(shù)是6。

筆者越發(fā)好奇，有沒有“氯化鈉溶解過程”示意圖中結(jié)合其他數(shù)目的水分子？于是筆者在網(wǎng)上搜索了相關(guān)的圖片，又有了新的發(fā)現(xiàn)。

圖4中的2幅圖片中，上邊一幅圖中鈉離子和氯離子結(jié)合的水分子數(shù)都是5，下邊的這幅圖中鈉離子和氯離子結(jié)合的水分子數(shù)都是6。那鈉離子和氯離子結(jié)合的水分子數(shù)究竟是多少，筆者查閱了相關(guān)的文獻。

利用分子力學(xué)和分子動力學(xué)計算工具，對鈉離子的各種水合結(jié)構(gòu)及能量進行了分子力學(xué)和動力學(xué)的計算，以此研究水合鈉離子所起的結(jié)構(gòu)生成劑的作用。用Monte Carlo Docking方法對各種結(jié)構(gòu)的水合鈉離子在MFI分子篩微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的附著行為模擬計算。結(jié)果表明，配位數(shù)為偶數(shù)時水合陽離子的結(jié)構(gòu)較為合理，這種合理性體現(xiàn)在當(dāng)配位數(shù)為偶數(shù)時，Na+·nH2O體系中金屬離子的位置與氧原子的位置呈現(xiàn)對稱結(jié)構(gòu)，Na+·4H2O和Na+·6H2O是相對比較合適的結(jié)構(gòu)。對于鈉離子，配位數(shù)為4和6，當(dāng)配位數(shù)大于6時，體系將自動轉(zhuǎn)為6配位的情況，鈉離子明顯具有對周圍的水分子結(jié)構(gòu)進行重新排列的作用，鈉離子的配位水分子數(shù)為4個或6個，而4配位結(jié)構(gòu)是水合鈉離子的主要存在方式之一[2]。

另外經(jīng)X-射線測定認為，在水溶液中鹵離子（X–）的周圍，有6個位于八面體頂點的水分子，因此，對于水合鹵離子可以寫成[X（H2O）6]–的形式[3]。

1.2 對離子與水分子之間作用力的研究

陰離子的電子較多而無空軌道，且半徑較大。因此，陰離子與水分子通?？咳醯撵o電引力或氫鍵作用形成水合陰離子，一般不能形成配位鍵。

水合鈉離子和水合氯離子的微觀結(jié)構(gòu)如圖5。

2 兩點思考

2.1 教師應(yīng)該有批判性思維

什么是“批判性思維”？批判性思維是建立在良好判斷的基礎(chǔ)上，使用恰當(dāng)?shù)脑u估標準對事物的真實價值進行判斷和思考。批判性思維是人們認識事物時不可或缺的一種思維方式。具有批判性思維的人善于發(fā)現(xiàn)并辯證性地提出問題，從而準確地考量[5]。批判性思維既是一種思維技能，也是一種人格或氣質(zhì)；既能體現(xiàn)思維水平，也凸顯現(xiàn)代人文精神。

教師平時教學(xué)過程中要使用教材和各種教輔資料，特別是教輔資料，良莠不齊。教師在使用過程中一定要有批判性思維，不能拿來就用，要甄別、改編。筆者試舉一例：

為測定實驗室中某過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，小明取25.0g過氧化氫溶液放入燒杯中，然后進行如圖6所示的實驗。請計算：

（1）反應(yīng)后產(chǎn)生氣體的質(zhì)量為 g。

（2）此過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù) 。

筆者覺得用這種方法來測定過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不恰當(dāng)。理由有以下3點：

（1）反應(yīng)放熱導(dǎo)致水分蒸發(fā)。觀察圖6，這是用過氧化氫溶液和二氧化錳混合制氧氣，我們會發(fā)現(xiàn)這是在燒杯中進行的反應(yīng)，且是一個完全開放的體系，筆者在試管中加入2mL 6%的雙氧水，然后向其中加入一定量二氧化錳粉末，反應(yīng)開始時，反應(yīng)劇烈，放出大量的熱，觸摸試管底部，感覺發(fā)燙。另外氧氣逸出時也會帶走水分，這些都會給測定帶來比較大的誤差。

（2）反應(yīng)時間非常長。筆者在試管中加入2mL 6%的雙氧水，然后向其中加入稍多量的二氧化錳粉末，反應(yīng)過程中間歇振蕩試管，直到不再產(chǎn)生氣泡，時間約為3天，在開放體系中反應(yīng)這么長的時間，水分自然會揮發(fā)較多。

（3）過氧化氫分解不完全。在試管中加1～2mL淀粉KI溶液，向其中滴入6%雙氧水和二氧化錳混合后不再產(chǎn)生氣泡，發(fā)現(xiàn)溶液變藍。證明過氧化氫沒有完全分解。

可見用上述方法測定過氧化氫溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不是太科學(xué)。

2.2 教師應(yīng)該研究多版本教材

對教師來說，研究教材是一項重要的常規(guī)，也是一項艱辛的工作。精讀各種版本教材的內(nèi)容，包括導(dǎo)語、欄目、圖表、文本、實驗及課后習(xí)題，這是研究教材的核心。然后對各種版本教材的上述內(nèi)容進行對比，明確差異，并分析各種版本教材基于怎樣的思考而產(chǎn)生這些差異。

筆者以“原子的構(gòu)成”為例：

圖7是上教版義務(wù)教育教科書九年級化學(xué)上冊（2015年第1版）中原子的結(jié)構(gòu)模型。該模型表示出了以下2點信息：

（1）原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成。

（2）電子在核外分層排布，核外電子繞核旋轉(zhuǎn)。

圖8是人教版義務(wù)教育教科書九年級化學(xué)上冊（2012年第1版）中原子的構(gòu)成示意圖。

該示意圖表示出了以下3點信息：

（1）原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成。

（2）核外電子繞核旋轉(zhuǎn)。

（3）原子核的直徑范圍是10-15～10-14 m，原子的直徑約是10-10 m，原子中原子核體積很小。

通過上述比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，滬教版的“原子的結(jié)構(gòu)模型”和人教版的“原子的構(gòu)成示意圖”都能表示原子的構(gòu)成，滬教版還重點突出了電子的分層排布，人教版突出了原子核在原子中體積很小及質(zhì)子帶正電。

課程和教材知識是教師學(xué)科教學(xué)知識（PCK）的重要組成部分，教師要努力發(fā)展關(guān)于教材研讀和使用的學(xué)科教學(xué)知識（PCK）。作為教材的使用者，教師首先應(yīng)該對教材文本進行深度的研讀、分析、對比和理解，然后對教材進行二次開發(fā)，從而提高教師課堂教學(xué)的水平。

參考文獻：

[1]中學(xué)化學(xué)國家課程標準研制組.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級下冊）[M].上海：上海教育出版社，2015：4.

[2]張寶吉，任強.鈉離子在分子篩合成中的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用的分子模擬研究[J].計算機與應(yīng)用化學(xué)，2009，（5）：677～681.

[3]陳祖林，竇萬英.淺談水合離子結(jié)構(gòu)[J].江蘇廣播電視大學(xué)學(xué)報，1994，（4）：30.

[4]陳駿，王鶴年.地球化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：189～190.

[5]劉彥章.普林斯頓大學(xué)最受歡迎的思維課[M].北京：民主與建設(shè)出版社，2014：104.