化合價是初中化學學習中的難點,這是大家公認的事實。那么,化合價的知識到底難學在哪里?如何理解化合價的概念?基于個體的認識過程以必然的形式重演人類的認識過程,下面我們通過對化合價概念的歷史演變分析,探討化合價的學習難點,并提出解決化合價學習困難的教學策略。
一、化合價概念的歷史演變
化合價概念從提出到現(xiàn)在,已經一個半世紀,隨著人們對分子及分子結構的認識越來越深入,早期那種認為可用整數(shù)定量量度化學元素性質的化合價概念已經過時,化學家的注意力已轉向用分子軌道理論來討論化學鍵的本質。從歷史發(fā)展的角度來看,化合價概念的演變與發(fā)展經歷了四個重要階段:化合價的提出、化合價概念的發(fā)展、化合價的電子理論階段和分子軌道理論階段。
1.化合價概念的提出
1852年,英國化學家弗蘭克蘭在研究金屬有機化合物時提出了化合價的思想,認為金屬或其他元素的每一個原子在化合時具有一種特殊的性質——化合力,即任何一個原子都有和一定數(shù)目的其他原子結合的性質�！盎狭Α备拍畹奶岢鼋沂玖嗽鼗狭εc基團化合力之間的聯(lián)系,“化合力”后來被德國化學家凱庫勒翻譯為“價”,得到歐洲各國的普遍認可;我國早期使用的術語是“原子價”,1991年公布的《化學名詞》中譯為化合價,并給出定義:一定數(shù)目的一種元素的原子只能跟一定數(shù)目的其他元素的原子化合,這種性質叫做化合價。
2.“化合價”概念的發(fā)展
化合價的概念提出后,在較長的時間內并沒有相應的理論去解釋原子間結合的原因,直到化學家們把研究重點從化合價的本質轉移到原子結合的數(shù)量關系上。21世紀,原子結構理論的建立為揭示化合價的本質奠定了基礎。1861年,俄國有機化學家特列洛夫首先提出“化學架構”的概念,并指出物質的化學性質決定于它的化學結構,通過化學性質的研究可以推測化學結構,反之,根據(jù)化學結構又可預見物質的化學性質。隨著有關分子結構理論的不斷充實,原子間結合為分子的空間取向等問題逐步被解釋了,但是人們無法回答分子間作用力的實質問題,1916年美國化學家路易斯在《原子和分子》中闡釋了化合價的電子理論,解釋了分子間作用力的實質,提出:原子失去或獲得電子后形成穩(wěn)定的電子結構,金屬原子易失電子,非金屬原子易得電子形成負離子,正、負離子間的靜電庫倫力是離子間形成化合價的本質。
3.電子理論的發(fā)展
1927年,英國化學家海特勒和德國化學家倫敦把量子力學理論應用到分子結構中來,后來又經過美國化學家鮑林等人的發(fā)展,建立了現(xiàn)代價鍵理論(簡稱VB法,又叫電子配對法),1931年,由鮑林和斯萊托創(chuàng)立了雜化軌道理論。價鍵理論和雜化軌道理論都認為,原子的化合價與原子核外電子層中未配對的電子數(shù)目相等。因為有幾個未配對電子,就可以借電子對的形式來形成幾個共價鍵,從而生成具有一定穩(wěn)定結構的分子。例如:H、F、O、N、He、Ne基態(tài)時原子核外未配對電子數(shù)分別是1、1、2、3、0、O,所以它們的化合價也分別為1、1、2、3、0、0。
4.分子軌道理論階段
化合價的電子理論雖然對解釋化學鍵的本質起了重要作用,但是它無法解釋后來逐步發(fā)現(xiàn)的缺電子分子、夾心面包型分子或分子片等實驗事實。
1931年鮑林提出了雜化軌道理論和電價配鍵、共價鍵的配合物價鍵理論,1932年美國化學家密立根和德國化學家洪特等人創(chuàng)立了分子軌道理論(簡稱MO理論),以及隨后提出的單電子鍵、三電子鍵和缺電子鍵等概念,使化學家們對原子間相互化合的形式、結構、性質等的認識進一步深化和發(fā)展,同時也使化合價的傳統(tǒng)概念暴露出來這樣那樣的缺陷。1938年,鮑林出版了《化學鍵本質》一書,宣告了用整數(shù)定量量度化學元素性質的化合價的消亡,并引導化學家們將注意力轉到探索化學鍵的本質上來。至此,人們開始清醒地認識到用化學鍵數(shù)目來計算原子的化合價的方法是行不通的,至少在有些類型的化合物中是無法應用的。這類化合物中的化學鍵及化合價需要用量子化學理論來討論,在這些分子中原子的化合價不再是整數(shù),而可能是分數(shù)或小數(shù)。
二、化合價的學習困難分析
通過對化合價概念的演變與發(fā)展的歷史回顧,我們可以看到,在第一階段的化合價概念僅僅回答了原子間相互化合的數(shù)量關系。第二階段則將化合價的數(shù)值與共價鍵數(shù)目或原子中未配對電子數(shù)目畫上等號,從而使化合價這一起初比較抽象的概念變得具體起來。第三階段,化合價的分子軌道理論為揭示化學鍵的本質提供了理論基礎,同時說明用整數(shù)定量度量原子化合價的概念已經過時,對于奇數(shù)電子的分子、缺電子分子和夾心面包型分子中原子的化合價,必須用分子軌道理論來闡述才能得到滿意的解釋。這不斷變化的含義,讓化合價披上了一層神秘的面紗,也導致了學生化合價學習的困難。
首先,從化合價的發(fā)展歷程可以看出,化合價這一概念的含義不斷在發(fā)生變化,而并不是我們現(xiàn)在教材中給出的化合價的含義,所以這就導致了學生學習了化合價概念之后,按照所學的化合價知識去判斷其他物質中元素的化合價時,常常會遇到解釋不通的時候,比如說四氧化三鐵中鐵的化合價、過氧化氫中氧的化合價。這樣就導致學生難以理解化合價這個概念。
初三學生在學習化合價之前頭腦中沒有與“化合價”相連接的先行組織者,化合價知識很難與學生的已有知識經驗相連接,學生只能靠死記硬背老師教給的口訣,這樣學到的知識在練習應用中又頻頻出錯,這對學生來說更是雪上加霜,化合價的學習更加困難。
其次,化合價如此復雜的發(fā)展史,對于很多的初中教師也是陌生的,教師在理解化合價時都不能給出其確切的含義,如果要傳授給學生,講到什么程度、怎樣講合適,這對教師來說本身就是一個挑戰(zhàn),所以很多教師則干脆不講,直接告訴學生一個“化合價記憶口訣”,學生們只會記住這些口訣,而對于化合價什么含義、怎么用,則是一塌糊涂。
三、解決化合價學習困難的教學建議
以上從化合價發(fā)展史的角度分析了初中化合價難學的主要原因,在教學中為幫助學生理解化合價的概念,教師要注意以下兩個方面:
1.深入挖掘教材內容,注重化合價本質的理解
化合價的內容理論性較強,需要學生的邏輯思維和抽象思維能力強。魯教版初中化學教科書很好地利用了化合價發(fā)展史,教材中在化合價之前先安排原子的構成、元素等章節(jié),讓學生先了解了原子的構成、分子的形成以及原子的八電子穩(wěn)定結構等知識,學生初步具有了從微觀的視角來分析問題的能力。然后在“物質組成的表示”一節(jié)中提出了“化合價”概念。從教科書內容來看,教科書給出的“化合價”的解釋處在了“化合價”歷史發(fā)展的第二個階段:在元素化合物中,元素的化合價是由這種元素的一個原子得到或失去電子的數(shù)目決定的。這樣的編寫順序便于學生理解。
教師應充分利用教科書,對于化合價的教學可以從原子結構等微觀入手,利用學生已知的“原子的穩(wěn)定結構是最外層八個電子”,而大部分的原子的最外層都沒有達到八個電子穩(wěn)定結構,所以在相互化合時元素原子為了達到穩(wěn)定結構,必然要得到或失去電子,所以元素的化合價與原子的最外層電子數(shù)有關,是由原子的結構決定的,是元素的一種屬性。學生在理解化合價本質的基礎上可以更好的理解化合價的定義。
2.挖掘化學史的趣味性,提高學生化學學習興趣
布魯納說過:“學習最好的刺激,是對所學材料的興趣”�；蟽r內容的學習與學生的已有知識經驗聯(lián)系不是很大,所以在學習這節(jié)課的內容時,學生必然會覺得內容抽象、難學、枯燥無味,所以如何提高“化合價”學習的趣味性是非常重要的。在本節(jié)課的學習中,教師可以根據(jù)本節(jié)課的特點,寓教于樂組織學生游戲,分配學生扮演一種原子,然后進行找朋友的游戲,教師也可以給學生簡單地講一下“化合價”的發(fā)展史,讓學生意識到科學也是不斷地在發(fā)展前進的,這樣不僅可以提高學生的學習興趣、學習信心,更有助于培養(yǎng)學生的科學價值觀。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/chuzhong/252542.html
相關閱讀：書寫化學方程式?化學會考知識點總結