張文華

《無(wú)機(jī)化學(xué)》是高?；瘜W(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生接觸的第一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容既是中學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的進(jìn)一步闡述及延伸，同時(shí)也是以后學(xué)習(xí)《有機(jī)化學(xué)》，《物理化學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)課的重要鋪墊。本文以酸堿理論（阿倫尼烏斯酸堿理論，布朗斯特酸堿理論，以及路易斯酸堿理論）的發(fā)展為例，闡述以基礎(chǔ)知識(shí)模塊為結(jié)構(gòu)單元的教學(xué)方法。通過(guò)酸堿反應(yīng)“是什么”，“怎么發(fā)生”以及“為何會(huì)發(fā)生”的邏輯過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)酸堿理論的理解。同時(shí)，引入學(xué)科前沿的科學(xué)研究成果，以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)重要性認(rèn)同，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的興趣，同時(shí)培養(yǎng)其獨(dú)立思考精神、拓展其視野、培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。

無(wú)機(jī)化學(xué)模塊化教學(xué)酸堿理論教學(xué)改革《無(wú)機(jī)化學(xué)》是高等學(xué)校化學(xué)、化工、材料、物理及醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程一般對(duì)大一新生開(kāi)設(shè)，是一門(mén)必修課。《無(wú)機(jī)化學(xué)》課程中的諸多內(nèi)容是高中學(xué)習(xí)知識(shí)的延伸和釋義。可以說(shuō)中學(xué)課程中所學(xué)的知識(shí)是知其然，而大學(xué)所學(xué)知識(shí)是進(jìn)一步知其所以然。另外，大一《無(wú)機(jī)化學(xué)》所學(xué)知識(shí)還是以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)《有機(jī)化學(xué)》《物理化學(xué)》等專業(yè)知識(shí)的重要鋪墊。例如，分子軌道理論、酸堿電子理論（路易斯酸堿理論），化學(xué)熱力學(xué)等在后面的《有機(jī)化學(xué)》《物理化學(xué)》等課程中還要進(jìn)一步深入探討。而一到兩年后部分知識(shí)可能已經(jīng)被遺忘，有些知識(shí)可能要從新開(kāi)始著手學(xué)習(xí)。造成此情況的一個(gè)重要原因是由于目前較傳統(tǒng)的學(xué)科分類所決定的，如一般化學(xué)學(xué)科均包括無(wú)機(jī)、有機(jī)、物化、分析等專業(yè)。

而另一方面，由于各專業(yè)迅猛發(fā)展及知識(shí)的延伸的必然要求，各學(xué)科之間互相滲透，共同發(fā)展形成交叉學(xué)科，如生物化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)等。這些交叉學(xué)科的形成，要求未來(lái)的科技人才具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、完備的專業(yè)體系以及對(duì)學(xué)科前沿領(lǐng)域的認(rèn)知。而對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練大學(xué)生而言，其獲得專業(yè)知識(shí)的主要渠道為課堂學(xué)習(xí)，這給課堂教學(xué)的內(nèi)容及方法提出了極高的要求。

目前的大部分無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容安排相似，主要有化學(xué)原理（氣體及溶液、化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡）、化學(xué)理論（原子結(jié)構(gòu)及元素周期率、化學(xué)鍵及分子與晶體結(jié)構(gòu)、配位化學(xué)）以及元素部分。其包含的內(nèi)容多為數(shù)年前已形成的經(jīng)典內(nèi)容，且各部分內(nèi)容直接的承接關(guān)系以及邏輯順序不強(qiáng)。另外，對(duì)于所學(xué)知識(shí)與最前沿的研究領(lǐng)域及應(yīng)用聯(lián)系不緊密。書(shū)中所列舉的例題、習(xí)題等多可直接套用所學(xué)理論得直接到充分解決。書(shū)中一般不含有這些知識(shí)理論的現(xiàn)代用途，讓學(xué)生感到所學(xué)知識(shí)無(wú)用，無(wú)法激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。本文以酸堿理論的發(fā)展為例，擬用模塊教學(xué)方法讓學(xué)生形成完善的關(guān)于酸堿理論的知識(shí)體系，其中包括什么是酸堿，酸堿的內(nèi)涵，如何形成酸堿以及酸堿理論的有機(jī)化學(xué)適用性及當(dāng)代用途等。

中學(xué)所涉及到的酸堿理論為阿倫尼烏斯酸堿理論，是酸堿理論發(fā)展的最初形式。以電解質(zhì)在水溶液中能否電離出H+（酸）或OH-（堿）為酸或堿的判斷標(biāo)準(zhǔn)（即酸堿“是什么”）。在中學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)生熟悉常見(jiàn)的酸堿中和反應(yīng)、鹽類的水解反應(yīng)等，在布朗斯特酸堿理論中都可歸結(jié)為酸堿反應(yīng)。這與中學(xué)所學(xué)不太相同，而在中學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)先入為主和反復(fù)提及的知識(shí)有時(shí)反而阻礙學(xué)生的進(jìn)一步接受大學(xué)所講的布朗斯特酸堿理論以及共軛酸堿對(duì)理論?！稛o(wú)機(jī)化學(xué)》所學(xué)的酸堿理論主要指的布朗斯特酸堿理論，其范疇包括阿倫尼烏斯酸堿理論。由于大學(xué)所學(xué)的布朗斯特酸堿理論可簡(jiǎn)單描述為兩對(duì)共軛酸堿對(duì)之間的反應(yīng)。學(xué)生在理解布朗斯特酸堿理論時(shí)需從中學(xué)時(shí)期的酸堿是兩類物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)經(jīng)過(guò)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的過(guò)程。酸和堿不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，并且相互聯(lián)系。酸失去質(zhì)子生成（共軛）堿，而堿得到質(zhì)子生成（共軛）酸。進(jìn)而布朗斯特酸堿理論的范圍擴(kuò)大到包括酸堿中和反應(yīng)、酸和堿電離、鹽類水解及溶劑（如水）的自耦電離。

布朗斯特酸堿理論其實(shí)描述了酸堿反應(yīng)是怎么發(fā)生的，即一個(gè)質(zhì)子從酸轉(zhuǎn)移至堿，形成（共軛）堿或（共軛）酸。也就是酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移。至于這種現(xiàn)象是為何發(fā)生，則需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)并理解路易斯酸堿理論，而路易斯酸堿理論（酸堿電子理論）在教材中僅簡(jiǎn)單提及，且并未探討電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。

以HCl在水中的電離為實(shí)例，如下圖所示。阿倫尼烏斯及布朗斯特酸堿理論可以方便通過(guò)方程式（1）和（2）來(lái)理解。

然而，從專業(yè)角度解釋反應(yīng)如何發(fā)生則需要調(diào)用路易斯酸堿理論，即水分子中氧原子p軌道中一對(duì)孤對(duì)電子可以與H+中的空s軌道“頭碰頭”作用而成σ鍵，而此時(shí)形成＼[H3O＼]+及Cl-均符合路易斯八隅體規(guī)則的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（H為2電子）（方程式（3））。

對(duì)于一年級(jí)新生能理解并接受路易斯酸堿理論，或已足夠。然而，進(jìn)一步理解該反應(yīng)發(fā)生的機(jī)理并能畫(huà)出在該酸堿反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的路徑＼[方程式（4）＼]，將會(huì)對(duì)未來(lái)進(jìn)一步理解《有機(jī)化學(xué)》課程中的親核取代等反應(yīng)大有裨益。在學(xué)習(xí)酸堿理論之前，學(xué)生一般通過(guò)原子結(jié)構(gòu)及元素周期率的學(xué)習(xí)已經(jīng)對(duì)原子的電負(fù)性有所了解，此時(shí)，可以鼓勵(lì)學(xué)生調(diào)用已學(xué)知識(shí)，從本質(zhì)上理解酸堿反應(yīng)，即：酸堿反應(yīng)的本質(zhì)是電負(fù)性較強(qiáng)的分子或離子中局部電荷對(duì)帶相反電荷的H+的靜電吸引而形成更強(qiáng)的化合鍵導(dǎo)致的。

最后，為了進(jìn)一步鞏固酸堿反應(yīng)，讓學(xué)生意識(shí)到其重要性還應(yīng)讓學(xué)生了解酸堿反應(yīng)在現(xiàn)代化學(xué)反應(yīng)中無(wú)處不在。例如，在金屬催化的有機(jī)反應(yīng)中絕大多數(shù)反應(yīng)如Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，Grubbs烯烴復(fù)分解反應(yīng)等催化過(guò)程都經(jīng)歷了金屬空軌道（路易斯酸）與催化底物（路易斯堿）相互作用的過(guò)程，以提升學(xué)生對(duì)探索未知世界的興趣。此外，酸堿反應(yīng)在生活中也隨處可見(jiàn)。人們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂玫姆试怼⑾礈靹?、化妝品、香精等都是化學(xué)酸堿品。例如，爽身粉中就含有少量殺菌消毒用的硼酸，漂白劑中含有次氯酸鈉等。此外，在治病和保健中也有很多酸堿類藥物。比如當(dāng)人體攝入過(guò)多食物后，會(huì)引起胃酸分泌過(guò)多，體內(nèi)pH值下降，從而使人感覺(jué)不適。抑酸劑就是為減小體內(nèi)酸量而特制的，常用胃藥原料就是氧化鎂、碳酸鈣等堿這些貼近生活的例子，更會(huì)激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

《無(wú)機(jī)化學(xué)》作為一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合生產(chǎn)生活，結(jié)合實(shí)際，引入與時(shí)俱進(jìn)的內(nèi)容以加深學(xué)生對(duì)課程的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情，對(duì)后面其他知識(shí)的傳授具有積極作用。本文所提的模塊化教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在教學(xué)時(shí)間的保證上可能存在一定的挑戰(zhàn)，但在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)新、創(chuàng)造性人才的今天，將有可能發(fā)揮更切實(shí)可行的效果。

參考文獻(xiàn)：

＼[1＼]曹錫章，宋天佑，王杏喬.無(wú)機(jī)化學(xué).北京：高等教育出版社，2012.

＼[2＼]張祖德.無(wú)機(jī)化學(xué).合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2016.

＼[3＼]Alastair J.J.Lennox and Guy C.Lloyd-Jones， Selection of boron reagents for Suzuki-Miyaura coupling，Chem.Soc.Rev.，2014，（43）：412.

＼[4＼]Georgios C.Vougioukalakis and Robert H.Grubbs，Ruthenium-based heterocyclic carbene-coordinated olefin metathesis catalysts，Chem.Rev.2010，（110）：1746.