基于“证据推理”的电子式书写模型

张高豪

摘要：学生书写电子式时的困惑在于不清楚非金属原子之间有无共用电子、有几对共用电子，缺少证据推理意识，推出不恰当的结果。采用数学推理法的电子式书写模型，可突破电子式书写时的难点。

关键词：证据推理;电子式;书写模型

文章编号：1008-0546（2018）12-0063-02中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.021

在批阅学生作业时，惊讶地发现每次都能考得很优秀的化学科代表同学竟把CaCl2的电子式写成了两个氯原子之间有一对共用电子，并且找不到出错的原因在哪里。这一现象说明学生对电子式的理解不够深刻，头脑中缺少电子式的书写模型。

一、强化证据推理意识

电子式书写是苏教版教材《化学2》专题1第二单元微粒间的相互作用力中的一部分内容。通过书写电子式有助于高一学生从微观角度加深对物质结构的理解，建立物质结构的初步模型。

化学核心素养的五个方面之一是“证据推理与模型认知”。能基于证据对物质的组成、结构及其变化提出可能的假设，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系[1]。推理不能依靠表面现象凭感觉去判断，要有确凿的证据让人口服心服。解决问题时如同法官判案，依据的是哪一部法律，法律的哪一条哪一款。化学上推理要能说出用的是哪一条规律、定律、公式、数据或信息。

过氧化钠（Na2O2）两个氧原子之间有一对共用电子，有学生认为氯化钙（CaCl2）两个氯挨着的，“外形”上类似过氧化钠，也有一对共用电子。采用的是机械类比的方法推出的，没有深入思考共用电子对的形成条件和原因。

二、电子式的书写模型

学生对离子化合物、共价化合物的区分上没有太大困难，书写电子式时经常把化合物中每一个原子周围都点够8个小黑点，对于两个非金属原子间有无共价键判断不准，确定有无共用电子对成了问题的要害。

1.电子式书写模型的建立

引导学生思考以下问题：

（1）CaCl2中两个氯原子之间有无共用电子对，依据是什么？（每个氯原子最外层7个电子，分别从钙那里得到1个电子，7+1=8，达到了稳定结构，8-8=0，不需共用电子。）

（2）CaO2中两个氧原子之间有无共用电子对，依据是什么？（每个氧原子的最外层电子：6+1<8，未达到稳定结构，8-7=1，需1对共用电子。）

（3）CaC2中两个碳原子之间有无共用电子对，依据是什么？（每个碳原子的最外层电子：4+1<8，未达到稳定结构，8-5=3，需3对共用电子。）

（4）从以上案例中能归纳出什么样的解决问题模型？请写出以上三种物质的电子式。

学生归纳出的书写模型出乎教师的意料：从离子化合物的化学式上看，最外层电子数之和等于8的倍数，则无共用电子对，否则有;每个非金属原子还差几个电子，就需形成几对共用电子。教师对学生通过积极思考有所发现表示高度赞赏。

教学过程中可能会出现一些“意外”，这些“意外”现象可以作为培养学生“找到新发现、得出新规律、提出新结论”的好资源 [2]。

2.电子式书写模型的应用

利用上述模型解决以下问题：

（1）已知Mg3N2是离子化合物，请判断两个氮原子之间有无共用电子对？写出其电子式（最外层电子数之和为3×2+2×5=16，8的2倍，氮原子间无共用电子对）。

在几天后的测试中发现仍有学生把两个氮原子之间写了一对或三对共用电子。

（2）把Na2O2的电子式写成Na+[]2-Na+，是否正确？为什么？

Na2O2中最外层电子数之和是2×1+6×2=14，应有14个小黑点，现在只有12个，那两个电子跑哪了。以强有力的证据证实了错误的存在。

（3）请用电子式表示CO2和Na2O的形成过程，并比较两者有什么异同？CO2中碳与氧之间是几对共用电子，Na2O中两个钠之间有无共用电子？

通过比较离子化合物和共价化合物的形成过程，从微观角度理解电子转移上存在的差别。离子键是电子的“无偿得失”，共价键是电子的“合作共赢”。离子化合物中非金属原子通过夺得电子后仍然“吃不饱”，就要通过合作的方式形成共用电子对。

CO2中碳原子最外层4个电子，8-4=4，需形成4对共用电子;氧原子最外层6个电子，8-6=2，需形成2对共用电子。Na2O中钠离子最外层8个电子达到了稳定结构，推出两个钠离子之间没有共用电子对。

3.拓展提升

在教学中发现有学生把氦的分子式写成He2，当问其为何要这样写时，回答说很多非金属单质都是双原子分子，这个很可能也是双原子分子。不可靠的证据推出一个不可靠的结论。

（1）氦气为什么是单原子分子？会不会形成H3O、NaCl2这样的分子？

（2）次氯酸（HClO）的电子式氯原子是否写在中间？证据是什么？

（3）肼氨（N2H4）、氢化钠（NaH）、二氟化氧（OF2）、二氯化硫（SCl2）的电子式如何写？六氟化硫（SF6）、五氯化磷（PCl5）的电子式中每个原子是否都满足8电子稳定结构？

任何一种模型都不能面面俱到，没有模型没法解决问题，使用模型时也不能僵化。8电子稳定结构属于经典物质结构理论，只能表示一部分物质的结构，有较强的局限性，这一点需要让学生知道。

三、教学反思和总结

1.证据推理能提高学生的思维品质

发展学生的化学核心素养要培养正确观念、必备品格和关键能力。通过证据推理触及学生的模糊认识，转变“迷思概念”，让学生在登高望远的过程中提升思维品质，享受因知识顿悟而豁然开朗的快感 [3]。电子式书写因较简单，教学中容易被忽视，大多通过“一回生、两回熟”的方法进行记忆，没有把书写电子式当成提高学生思维品质的素材去深究。书写电子式的过程是在“讲道理”，总的电子数不能多也不能少，还要让每一个原子“满意”。

2.建构模型是学生学习中的抓手

在判断离子化合物中两个非金属原子之间有无共用电子对时、有多少对共用电子时采用数学推理法的思维模型，让思维过程数字化，通俗易懂，有效地突破了难点。引导学生的认识从宏观到微观、从表象到本质、从定性到定量的转化。通过这一案例让人更加相信，解决每一类问题可能都有套路和模板，找出其中的奥妙，才能体验出化学之美。

3.培养化学核心素养要落实在每一个细节中

通过电子式的书写引导学生从微观角度去认识宏观物质，建立宏观、微观、符号之间的联系。在物质变化过程中电子总数不变，培养学生变化过程中的守恒思想。学生书写电子式的过程也是一个探索的过程，能归纳出规律、能有“微小”发现是了不起的一件事。不去想当然、凑够8个小黑点则体现出了求真务实的科学精神。电子式的书写“麻鹊虽小”，但“五脏俱全”，值得“解剖”。

参考文献

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4

[2]  郑文昌.基于高考考查谈化学备考中创新思维能力的培养[J].中学化学教学参考，2018（1-2）：57

[3]  解慕宗，林建芬.从“盐与水的故事”到“盐与盐的故事”——深圳市高三名师好課“盐类的水解”观感论析[J].中学化学教学参考，2018（3）：15