谈谈对构造原理的两种误解

构造原理与原子轨道能量关系的几个问题的探讨作者：李英慧李言来源：《中小学教学研究》2010年第04期摘要:构造原理是多电子原子核外电子排布的基本规律,然而后填入电子的轨道的能量是否一定低于先填入电子的轨道的能量,这个问题正是很多人对轨道填充顺序的误解所在。

从教学中遇到的几个问题出发,通过理论分析和计算说明了轨道的能量高低顺序随着原子序数的增加而发生变化的现象和规律。

关键词:构造原理;电子排布;原子轨道;能量许多中学化学教材对于原子核外电子的填充顺序都有类似下面的叙述:原子核外的电子总是尽先占有能量最低的轨道,然后依次排到能量较高的轨道。

并且列出轨道能级顺序:1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d……(也就是我们现在说的构造原理)。

核外电子轨道的能级从第三层起,就有能级交错现象,“3d”轨道的能量高于“4s”轨道的能量,电子是在排完“3p”而后排“4s”,再排“3d”……而在2009年3月出版的人教版高中化学选修3《物质结构与性质》第一章对构造原理的叙述:随着原子核电荷数的递增,核外电子大多是按图(即构造原理图)所示的能级顺序填充的,填满一个能级再添一个新能级。

这个规律叫做构造原理。

对照这两种说法可以看到,人教版新教材避开了提到按构造原理的顺序能量是逐渐升高的这种说法,这是为什么呢?实际上这正是很多人对轨道填充顺序的误解所在,很多人认为,构造原理就是原子轨道能量的高低顺序,先填入电子的轨道能量较低,后填入电子的轨道能量较高,实际上这是对构造原理的一种误解。

构造原理指明的是核外电子的填入原子轨道顺序,但并不是原子轨道的能量高低顺序,即先填入电子的轨道并不一定是那个比后填入电子的轨道能量低。

如果不澄清这个问题,那么回答下面几个问题就会出现问题:1. 氢原子的3d和4s能级的能量高低是( )A. 3d>4s;B. 3dC. 3d=4s;D.氢原子无3d和4s轨道2. 氢原子中 3s,3p,3d轨道能量高低的情况为( )A. 3sC. 3s>3p>3d;D. 氢原子无3d和4s轨道3. Fe原子失去两个电子成为Fe2+时,失去的是两个4s电子还是两个3d电子?4.H原子的1s轨道和Na原子的1s轨道哪个能量高?也许很多人不假思索的就根据构造原理写出了答案:1.A;2.A;3. 3d电子;4.相等而实际上并不是这样的,要解释这几个问题要从轨道能级分裂和能级交错产生的原因说起:氢原子与类氢离子核外只有一个电子,这个电子只受原子核的作用,根据精确求解的单电子薛定谔方程,电子的能量只与主量子数n有关,即E=-13.6z2/n2 eV。

《关于构造法运用的两点感想》一口气读完文［１］，笔者由衷感到一丝寒意，虽然该文只是唱“点”反调，一点而已，似乎不伤大雅，但对于广大一线教师及教研员来说，无疑提了一个大醒：用构造法解题时，悠着点吧！经过一番思路整理，觉得很有必要写出以下之感想．１ 不要为“构造”所累长期从事数学教学及研究者，对于利用构造法解题都会有很深的印象．的确有很多构造现象令人惊诧，见到之后往往也会引人反思，不利用构造法就不能解答了吗？如果发现了非构造的解法，往往会弃构造于一边．当解答陷入困境时，思考“构造”实现转化是我们常常考虑的，给一个数学问题，我们也会思考它在其它方面的背景或解释（这无疑是一种构造思想），我们为构造欢呼或窃喜，我们也往往为构造所累，因为“想要构造不是一件很容易的事”．也许很多为构造所累者会觉得，构造简直就是带刺的玫瑰，兴许基于此，管宏斌老师写出了《给构造法唱点反调》一文，这也许是很多从事数学研究者内心深处之痛！ 但我想说的是，不要为构造所累，毕竟每个人的知识方法积累不同，能否构造解题不是强求的事，而积极的分析每种构造的实质，积累构造解决问题的经验才是更有意义的．作为教师，首先要积极的探究构造法解题的每一个案例，进而引导学生理解和掌握构造法的一些典型案例．作为一种创造性思维，构造法有很高的应用价值，特别是在教学中．数学作为训练思维的体操，体操之美在于创造，灵魂也在于创造，构造法的价值，不仅仅在于解决数学问题，更在于一种引导创新的精神的渗透，对学生的人生发展有积极的作用．有趣的是，原文的例１作为一个不支持构造的反例，却出现在人民教育出版社新课标高中数学Ａ版必修２，第３章《直线与方程》第117页，除了字母不同，实质完全一样．课本上原题是：已知01,01x y <<<<，求证分析本题处于《直线与方程》这一章，而不是《不等式》的章节内，编者一定是让师生构造本题所给不等式的几何意义解题的，原文作者文中提到“明眼人一望即知，此题的原型原本就是一个浅显的平面几何题，只不过是把它用代数不等式的形式给出罢了”．是的，如此浅显的构造，也是让学生成为“明眼人”的很好题材．但作者却给出一个利用基本不等式的证法（这也的确很好，但不过是由不等式论不等式罢了），并危言：“对学生而言，向他们介绍一些基本的解题技巧是需要的，但如果在教学中人为地高技巧化，最终只会导致‘双基的异化’，同时‘过分强调技巧，会造成一般学生丧失信心，甚至连基本方法也掌握不了’（单墫《解题研究》第六章“数学教师”）．”不知作为研究数学竞赛的单老师说这些话的原意如何，也不知作为高中教师的管老师以后在课本见到此题该如何讲解！不会还强调用基本不等式的方法吧！顺便再给出一个解答本题的构造向量的方法，供欣赏．设1234(,),(,1),(1,),(1,1)a x y a x y a x y a x y ==-=-=--，由于12341234||||||||||a a a a a a a a ++++++≥，代入整理即得所证．另，如果将本题中的条件01,01x y <<<<去掉，结论仍然成立，此时，利用构造图形解题时需要考虑正方形非内部的点．２ 应该鼓励“构造法”解题我们应该看到，如果原题有构造的表征，如上例，则利用构造法解答是很自然的事，至于是否是简单的解法则另当别论，但至少是一种解决问题的方法．一直以来，我们鼓励学生创造，那么，在学习数学的过程中，鼓励学生利用构造法解题也是一种鼓励创造的体现．如果原题没有构造诱因，刻意去寻找构造途径解题，无疑有点“吃力不讨好”．所谓“有则加勉，无则改之”，没有构造法，可以考虑其它种种解题途径．如果出现构造法解题没有其它不构造的方法简单，我们也没有必要去否定构造的方法，古语云，兼听则明，偏信则暗，毕竟，它让你认识到了问题的另一方面．原文中的例３是这样的： 求证：1123234(1)(2)(1)(2)(3)4n n n n n n n +++++=+++． 原文提到解决本题时，利用分析左边的通项(1)(2)n n n ++，构造出与原式等价的组合恒等式的方法，其实，将(1)(2)n n n ++转化为326n C +，需要逆向思维，一般将组合数展开，这里化为组合数，这是利用构造法解答本题的一个难点，而突破了这个难点，构造也是很自然的．原文提到利用分析通项(1)(2)n n n ++，将其直接展开的解法，这的确是解决这类求和问题的一个通法．但解答本题还有一个通法，即数学归纳法．（１） 当1n =时，左边1236=⨯⨯=，右边1123464=⨯⨯⨯⨯=，等式成立．（２） 假设当n k =时，等式成立，即1123234(1)(2)(1)(2)(3)4k k k k k k k +++++=+++，则 [123234(1)(2)](1)(2)(3)1(1)(2)(3)(1)(2)(3)41(1)(2)(3)(4),4k k k k k k k k k k k k k k k k k +++++++++=+++++++=++++ 即1n k =+时等式也成立．由（１）和（２）可知，等式对于任何n N *∈都成立． 当然，如果大家记得等式2222(1)(21)1236n n n n ++++++=， 23333(1)1232n n n +⎡⎤++++=⎢⎥⎣⎦等是如何证明的，也可以利用类似的构造法证明本题． 设(1)(2)(3)n a n n n n =+++，则14(1)(2)n n a a n n n --=++，有1211412342344(1)(2)n n a a a a a n n n -=⨯⨯⨯⎧⎪-=⨯⨯⨯⎪⎨⎪⎪-=++⎩ 相加整理，即可得证．我们应该看到，“构造法”是无辜的，但任何事情也都是相对的，构造法解题也是这样，在教学中，我们应积极的引导，合理的应用构造法解题，可以说所有的构造都是一种伟大，但只有先有了积极的构造意识，才能创造出这种伟大！参考文献１ 管宏斌．给构造法唱点反调．中学数学教学参考，2004,8。

构造原理的解释构造原理是指一种事物或现象的发生和存在的根本原因和规律。

通过分析和解释构造原理，可以揭示事物的本质和运行机制。

构造原理对于科学研究、技术发展和实际应用具有重要的指导作用。

构造原理的解释需要从不同角度进行，可以从物理、化学、生物、社会等多个领域进行探讨。

以下将以物理学为例，解释构造原理。

在物理学中，构造原理包括了两方面的内容：一是结构的建立和稳定性保持的原理，二是物理现象发生的原理。

首先，结构的建立和稳定性保持的原理。

结构是指物体内部和外部存在的有组织的关系，也可以理解为相互之间存在的相互关系和约束。

构造原理告诉我们，结构的建立和稳定性保持的原理是物体的各个组成部分之间相互作用的结果。

例如，在空间工程中，工程师通过仔细设计结构和选择适当的材料，使得整个工程能够承受外部的压力和重力，保持稳定。

其次，物理现象发生的原理。

物理现象是指自然界中存在的各种现象，如重力、磁场、电场、光的折射等。

构造原理告诉我们，物理现象发生的原理是物体内部的微观粒子之间相互作用的结果。

例如，在电场中，正电荷和负电荷之间相互作用产生电力线，从而引起静电力的作用。

通过构造原理的解释，我们可以深入了解事物的本质和运行机制。

这种理解有助于我们进一步探索事物的特性和规律，从而推动科学研究和技术发展。

例如，在物理学中，研究微观粒子之间的相互作用原理有助于推动量子力学的发展，并提出了一系列的理论和实验方法。

此外，构造原理对于实际应用也具有重要的指导作用。

例如，在工程设计中，根据构造原理可以合理设计结构和材料，提高产品的性能和可靠性。

在生物学研究中，了解构造原理有助于理解生物体的功能和进化过程，从而推动医学和生物技术的发展。

总之，构造原理是一种揭示事物发生和存在的根本原因和规律的理论方法。

通过构造原理的解释，我们可以深入了解事物的本质和运行机制，推动科学研究和技术发展，并具有指导实际应用的作用。

我们应该注重对构造原理的研究和理解，以推动科学的进步和社会的发展。

高中化学知识疑难点讲解——关于原子结构理解的8个误区走出理解原子结构的八个误区1.能量最低原理就是电子首先填充到能量最低的轨道中去能量最低原理是指基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处于最低状态。

不能将能量最低原理简单地理解成就是电子首先填充到能量最低的轨道中去。

整个原子的能量也不能机械地看做各电子所处轨道的能量之和。

因为某电子的“轨道能”不仅与核电荷数、能层、能级等有关，还动态地与电子的数目以及与其他电子各处在什么轨道上有关。

2.构造原理的顺序就是各能级能量由低到高的顺序构造原理是电子随核电荷数递增填充电子在次序上的顺序，但并不意味着先填能级的能量一定比后填能级的能量低。

例如3d能级的能量并不一定比4s能级的能量高。

举例说明，对于K、Ca等原子，3d 与4s电子间相互屏蔽的现象不存在或不很重要，这时4s电子仅比3d 电子稍微弥散一些，使其核吸引能稍微大一些，同时它所受到内实电子的排斥作用却稍小，其平均动能也稍小，总的结果是E4s<>3d。

当3d电子与4s电子共存时，例如Sc等元素的情况，由于3d电子对4s 电子显著的屏蔽作用，使4s电子弥散的程度显著地超过3d电子，故使其核吸引能显著地超过3d电子，致使总的结果E4s<>3d。

需要说明的是，所谓随核电荷数递增电子填入轨道，是一种形象的说法，是一种思维模式，事实上单独地考察一个多电子原子的电子在原子核外排布时并没有先后填入的次序。

3.电子总数相等的不同微粒，其电子组态也是一样的影响能量的因素主要有两个：原子核对电子的吸引力和电子之间的排斥力，这是两个相反的因素，经常是其中一个居主导地位，另一个居次要地位。

当原子核对电子的吸引力居主导地位时，电子填入能层数较小的轨道会使整个原子的能量较低；当电子的排斥力居主导时，情况相反。

如Ca和Ti2+，电子总数都等于20，但Ca的价电子组态为4s2，而Ti2+的价电子组态为3d2，可理解为：Ti2+核电荷数（+22）比Ca原子核电荷（+20）大，核对电子的引力占主导地位，电子填入能层数较小的3d轨道整个原子的能量较低。

甲烷的两个易错点甲烷是最简单的烃，也是我们第一个全面学习的有机物。

今后对其他有机物的学习都是建立在对甲烷认识的基础上。

作为初学者，不可必免会对它的有关知识产生一些误解，以下试举两例。

一、和是同种物质二氯甲烷的结构式有如标题如示的两种写法，相当多的同学认为这两种写法表示的两种物质。

造成这种错误的认识的主要原因是对甲烷的正四面体结构认识不清或是缺乏一定的空间想像能力。

如图1所示：甲烷是一种正四面体结构，其中的氢原子连接起来正好构成一个正四面体型。

如果将其中的两个氢原子用氯原子取代即形成二氯甲烷，如图2所示。

其实标题所示的两种结构式的写法可以看成是从不同的角度观察同一个模型所看到的图像。

如图2所示，从A 角度观察该模型，两个Cl 原子分别位于C 原子的上下方，两个H 原子位于C 原子的左右方。

即看到的是图4。

用结构式表达为：。

从B 角度观察该模型，两个Cl 原子分别位于画面的上方和右方，即看到的是图3。

用结构式表达为：。

显然，观察同一物质不能因为观察角度的不同而认为我们观察到的是两种物质。

所以标题所示的两种结构式表示就是同种物质。

或者说，二氯甲烷没有同分异构体。

反之，正因为二氯甲烷没有同分异构体也可以证明甲烷是一种四面体结构。

二、CH 4与Cl 2物质的量比为1：1时，有机产物只有CH 3Cl ……甲烷与氯气的光取代反应如下所示某些同学认为当CH4与Cl2物质的量比为1：1时，有机产物只有CH3Cl，而没有CH2Cl2等其它氯代产物。

或者当CH4与Cl2物质的量比为1：2时，有机产物只有CH2Cl2，而没有其它氯代产物……这种理解是错误的！这种理解往往是因为某些已往知识的负面影响造成的。

比如CO2与NaOH溶液反应时，当二者物质的量比为1：2时，产物是Na2CO3和水；当二者物质的量比为1：1时，产物是NaHCO3。

相关反应如右：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O；CO2+NaOH=NaHCO3。

构造原理是化学术语，主要用于描述分子或离子的形成过程和结构。

构造原理解释了化学键的形成和分子的立体构型，以及电子密度在空间中的分布。

以下是构造原理中的一些重要概念：
1. 电子对互斥理论（VSEPR理论）：该理论用于预测分子的立体构型。

根据该理论，电子对在分子中相互排斥，从而使分子达到最低能量状态。

根据中心原子周围的电子对数，可以推测分子的空间构型。

2. 杂化轨道理论：杂化轨道理论解释了分子中原子之间的键的形成过程。

在该理论中，原子通过混合其原有的轨道形成新的杂化轨道，从而实现原子间的键合。

根据中心原子周围的电子对数，可以确定原子如何杂化以及分子的空间构型。

3. 分子轨道理论：分子轨道理论用于描述分子中电子密度分布的规律。

根据该理论，分子中的原子通过共享电子形成分子轨道，从而形成化学键。

分子轨道理论可以解释分子的稳定性、键长、键角等性质。

4. 原子轨道线性组合（LCAO）：线性组合原理用于解释分子轨道的形成。

在该原理中，分子轨道是原子轨道的线性组合。

通过将原子轨道线性组合，可以得到分子轨道，并进一步分析分子的性质。

5. 立体化学：立体化学是研究分子和离子在空间中的三维构型的学科。

它关注分子的立体构型、键长、键角和原子间的相对位置。

立体化学在药物设计、催化剂研究和材料科学等领域具有重要意义。

岩石力学认识中的若干谬误
岩石力学是地球科学领域中重要的一个分支，它研究岩石结构、性质和变形规律，是用各种方法探讨岩石内部和外部复杂关系的科学。

在岩石力学领域中，学者们由于对岩石力学知识体系的不完善，对岩石力学理论存在一些维系谬认和误解。

首先，有关岩石力学构造形态的认识存在错误。

根据岩石力学理论，岩石构造形态具有垂直和水平变形的特点，然而一些学者将岩石力学的垂直构造形态误解为岩层的斜坡，把岩石力学的水平构造形态错误地理解为拐点和坡度改变的岩层。

这样的错误认识在深入的研究岩石力学的过程中可以造成很大的影响。

其次，有关岩石变形规律的理解存在误解。

岩石力学理论认为，相同一定条件下，岩石构造形态会发生一定变形，但是很多学者错误地认为，相同一定条件下，岩石构造形态是永久不变的，而不是会发生变形的，这样的谬认是深入的岩石力学研究的一个重大障碍。

再次，有关岩石变形过程的认识存在错误。

岩石力学理论认为，岩石变形是由多种因素共同作用的结果，这些因素中，最重要的是静力和力学作用，然而，很多学者将岩石变形误解为一个单独的过程，把它当做是由静力或力学作用单独作用的结果，而没有发现岩石变形的复杂性，这样的误解会影响有关岩石力学的研究结果。

综上所述，岩石力学理论在许多方面发展迅速，但是在研究岩石力学时，由于知识本身的不完善，也出现了许多谬认和误解，严重影响了研究结果的准确性。

因此，在研究岩石力学时，我们应当尤其注
意剔除掉各种谬误和误解，以正确的基础理论研究岩石力学，使有关的研究结果更加准确和可靠。

混凝土结构设计原理的误区与解析混凝土结构设计是建筑工程中非常重要的一环，它关系到建筑工程的稳定性和安全性，因此设计师需要严谨的设计思路和正确的设计原理，以确保建筑工程的质量和安全。

然而，由于设计师的经验、技能和知识水平的不同，常常会出现一些误区。

本文将介绍混凝土结构设计的误区及其解析，以帮助设计师更好地理解混凝土结构设计原理。

误区一：未考虑混凝土强度等级混凝土强度等级是指混凝土抗压强度的等级。

在混凝土结构设计中，选择适当的混凝土强度等级非常重要，因为它直接关系到混凝土的承载能力和安全性。

然而，有些设计师在设计过程中往往忽略了混凝土强度等级的影响，直接采用低强度等级的混凝土，导致建筑工程承载能力不足，存在安全隐患。

解析：在混凝土结构设计中，设计师需要根据建筑工程的实际情况来选择适当的混凝土强度等级。

一般情况下，建筑工程的承载能力应该大于或等于设计要求的承载能力，因此应该选择足够的混凝土强度等级。

此外，设计师还需要考虑到混凝土的成本和施工难度等因素，选择经济实用的混凝土强度等级，以确保建筑工程的质量和安全性。

误区二：未考虑混凝土的收缩和膨胀混凝土在干燥或潮湿环境下会发生收缩或膨胀，这会对混凝土结构的稳定性和安全性产生影响。

然而，有些设计师在设计过程中往往忽略了混凝土的收缩和膨胀问题，导致建筑工程在使用过程中出现裂缝或变形等问题。

解析：在混凝土结构设计中，设计师需要考虑混凝土的收缩和膨胀问题，并采取相应的措施来预防和控制。

一般情况下，可以通过添加适量的膨胀剂或缩微剂来控制混凝土的收缩和膨胀。

此外，设计师还需要考虑混凝土的环境条件，选择合适的混凝土配合比，以确保混凝土结构的稳定性和安全性。

误区三：未考虑混凝土的质量控制混凝土的质量控制是混凝土结构设计中非常重要的一环，它关系到混凝土的强度、耐久性和安全性。

然而，有些设计师在设计过程中往往忽略了混凝土的质量控制问题，导致混凝土结构的质量存在问题，存在安全隐患。

我主学桥梁，我只谈桥梁，不扯其他结构。

1、不是所有损毁结构都是豆腐渣。

我们是还处于社会主义初级阶段，豆腐产量有限，据我了解，目前豆腐产量在总的“鸡滴屁”中占的份量还没被人提到，既然没有这么多豆腐产量，哪儿来的那么多豆腐渣。

一旦结构损毁，一些不明真相的群众和一些别有用心的人类，总喜欢一句“豆腐渣”就鉴定完毕。

宝成铁路石亭江桥垮了，网上又出来了豆腐渣一说，愤愤然焉。

还好贴中还有清醒的，明白这座桥存在很多年了，如果是豆腐渣，也是强力豆腐做的（但怕水），否则，不可能那么多年的运营都不出问题，偏偏被这大水给泡坏了。

出事第二天，应管理部门之邀，我们对临近一座重要通道的桥梁进行了踏勘，现场触目惊心，一夜之间，河床被洪水淘空几米，目测五六米。

另一条河，我根据桥墩石头层数推算，河床淘空约四米。

两条河还有一个特征，主河道改道。

不想从专业角度分析原因，只想说，人力难以与自然抗衡，人在自然面前，在目前条件下，最好低头。

施主，你还是从了吧。

2、不是所有桥梁都需要钢筋。

凤凰桥垮了（深层原因不去挖掘，这里讨论的不是垮桥原因，而是观念问题。

），人们奔走相告，看，没有钢筋；河南省栾川县潭头镇汤营村的伊河大桥垮了，人们仰天急呼，咋又没有钢筋。

美丽的江南水乡，清波荡漾，一条条淋漓上映着一弯彩虹。

中国石拱桥是有着悠久的历史，现存的石拱桥实物最早建于隋代。

河北赵县安济桥，一称赵州桥。

桥始建于隋文帝开皇十五年（公元595年），完工于隋炀帝大业元年（公元605年），距今已近一千四百年，桥净跨37.02米。

如果哪天有人敢把赵州桥给拆了（别以为真没人敢哈，现在房地产开发商啥都敢拆，千年粮仓敢拆，千年古寺敢拆，烈士陵园敢拆，哪天某人脑袋一热，觉得赵州桥这儿修一个水景别墅不错，拆），我想，不可能找出一根钢筋，但这座桥，却存在了上千年。

缘何？钢筋出现，混凝土材料发展，于是，出现了钢筋混凝土结构，钢筋混凝土桥梁，于是，人们的意识中，结构一定是有钢筋的。