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[转] 用唯物辩证的思维解化学题

转载自 天蓝蓝 海蓝    转载于2010年06月03日 23:04 阅读(2) 评论(0) 分类： 个人日记 举报 化学是一门自然学科，是研究物质的结构和物质的性质的，是微观和宏观相结合的学科。因而化学有它自身的特点，有与其他学科相对独立的体系和规律，化学学科思想就是这种体系和规律的体现。在化学教学中，化学学科思想的渗透无疑将有利于学生对化学的理解，提高他们对化学的感悟力，增强他们发现、解决化学问题的能力。但作为自然科学，它的存在和发展是物质性的，它遵循着自然界的普适规律。如质量守恒、电荷平衡等就是普适的规律。因此，在教学中，我们要引导学生从事物变化和发展的普遍性的视角去观察、认识、解决化学问题，把化学学科思想融入普适规律之中。这样，从学科本身看，可使学生的化学学习提高到新的层次，从广义看，无疑将使学生建立科学辩证的思维观，大大提高他们的科学素养。
下面笔者想通过平时教学中的几个案例来论证如何在教学中渗透辩证的化学学科思想，以及教学中渗透化学学科思想所产生的作用。
一、要整体性观察分析问题
事物的联系是普遍的，同时又是客观的，它是事物本身所固有的，不以人们的意志为转移。但事物又是变化的、发展的，因而事物间的联系也是变化的、发展的。据此，我们必须摒弃那种局限的、一成不变观察研究问题的方法，学会整体性、发展性分析化学问题，这将有助于对化学学科的理性认识，提高解决问题的统摄能力。
物质的电荷守恒和质量守恒是化学学科中的两大基本定律，所有的化学物质及其在它们的变化中无不遵循这两大定律，如化学方程式（包括离子方程式）的配平、电解质溶液中的电荷平衡和物料守恒、氧化还原反应电子得失守恒等。能否自觉、适时地应用这些规律（定律），是检验化学学科素养的试金石，也是高考中检验考生学科能力的重点。
例（2003年江苏省化学高考第18题）
将0.2mol·L－1HCN溶液和0.1mol·L－1的NaOH溶液等体积混合，溶液显碱性，下列关系中正确的是
         A．c(HCN)＜c(CN－)                  B．c(Na+)＞c(CN－)
         C．c(HCN)－c(CN－)＝c(OH－)          D．c(HCN)＋c(CN－)＝0.1mol·L－1
从反应原理分析：HCN与NaOH反应时，HCN过量，生成NaCN，溶液中存在HCN的电离平衡和NaCN的水解平衡，它们相互依存、相互制约、相互影响，如果单从某个局部分析，很难找到与其他局部的联系。但从整体上看，混合溶液必须符合电荷平衡和质量守恒的总规律，即：①溶液呈电中性——c(H＋)＋c(Na+)＝c(OH－)＋c(CN－)，
据题意，c(OH－)＞c(H＋)，故c(Na+)＞c(CN－)；
②HCN和其衍变的CN－的总量不变——c(HCN)＋c(CN－)＝ ＝0.1mol·L－1
答：应选B D
上题的立意就是考查考生在分析解决问题的时候，是不是能既对构成整体的各具体问题逐个研究，又高屋建瓴，不拘泥于个案分析，认识到总规律在整体上制约着溶液中各种离子浓度的大小，溶液中各种离子浓度的大小受制于又体现出总规律，自觉地运用基本定律快速解决问题。
二、学会矛盾分析的方法
任何事物均存在于对立统一（矛盾）之中，事物内部和事物之间存在着相互影响、相互制约的关系。矛盾是普遍存在的，而矛盾的主要方面将支配事物的发生和发展，这是主流。但条件的变化使矛盾的主要方面和次要方面发生转化，又是矛盾的相对性决定的。
教学中涉及的不少化学问题，其发生、发展、结果都属于矛盾与矛盾的转化。
例  NaHCO3溶液中，HCO3－在水溶液中有两种趋势，一是电离趋势：HCO3－ H＋＋CO32－（“企图”使溶液呈酸性）；二是水解趋势：HCO3－＋H2O H2CO3＋OH－（能使溶液显碱性），这是矛盾的两个方面，其水解趋势是矛盾的主要方面，因而NaHCO3溶液呈碱性。
问题：如何解释向酸溶中液加入NaHCO3溶液，将生成CO2气体？
还没有学习盐类水解的学生将毫不犹豫地写出以下离子方程式：HCO3－＋H＋＝CO2↑＋H2O。但已具有平衡和盐类水解知识的学生极有可能用“勒夏特列原理”来解释：加入酸时，H＋中和了HCO3－水解产生的OH－，使HCO3－的水解平衡正向移动，生成的H2CO3积累到一定浓度则分解为CO2气体。哪种解释更有道理呢？我们可作如下的辩证分析：当NaHCO3溶液加入酸时，HCO3－的电离平衡受到抑制是没有疑义的，对于HCO3－的水解平衡，则可能同时产生两个作用：①H＋中和水解生成的OH－，水解平衡正向移动；②H＋直接与HCO3－结合，水解平衡逆向移动。显然这是矛盾的两个方面，哪一个是矛盾的主要方面成了关键。很明显，不管是哪种解释，其基本原理都是HCO3－结合H＋，酸和水作为H＋的提供源，显然酸具有更大的优势（更直接、浓度大，且加酸后，水的电离还要受到抑制），故解释②抓住了反应历程这个矛盾的主要方面，科学性强，更有说服力。
事物的变化发展首先从量开始，而当量变达到一定程度时，又必然会引起质变，质变是量变的必然结果。“量变到质变”引起矛盾双方的转化。
燃料在充足的空气中燃烧时，生成无毒的CO2，但随着空气中氧气的浓度的降低（量变），就会生成剧毒的CO（质变）；金刚石和石墨虽然都是由碳原子构成的，但在原子的排列和结构上发生了变化（量变），造成了物理性质的显著区别（质变）。
    又如，为什么在MgSO4溶液中加入浓氨水生成Mg(OH)2沉淀，而Mg(OH)2却能溶于(NH4)2SO4溶液？理由是很简单的：MgSO4＋2NH3·H2O Mg(OH)2＋(NH4)2SO4，反应物和生成物是矛盾的双方，在一定条件下，将向自己的相反方向转化，这个条件就是浓度的变化（量变）。氨水浓度大，有利于生成Mg(OH)2，(NH4)2SO4浓度大，将有利于生成氨水。当然Mg(OH)2与NH3·H2O的碱性相当，是上述转化的物质基础，是内因。勒夏特列原理（平衡移动原理）可圆满地解释上述变化。化学平衡状态，就是对立着的双方（正反应和逆反应）在维持条件不变时势力一致的临界状态，当条件改变时，有利于或更有利于其中的一方而使其成为矛盾的主要方面，平衡产生移动，在新的条件下，双方势力再次一致而达成新的平衡。“勒夏特列原理”淋漓尽致地体现了矛盾和矛盾转化的原理。
    “量变到质变”在化学过程中既是普遍发生的现象，也是用来解释化学现象和化学过程的重要依据。在化学教学中渗透这种思想，将有助于学生理解化学，增强他们对化学的感悟力。
有时，数个矛盾交织在一起，事物的发展方向将由主要矛盾决定，具体问题具体分析，要善于抓住主要矛盾。

例把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐酸的试管中，发现生成氢气的速率随时间的变化如图所示。其中0~t1 速率变化的原因是，t1~t2速率变化的主要原因是。
解此题应从基本知识为出发点：从影响反应速率的条件分析，影响题设反应的条件只有温度和盐酸的浓度。随着反应的进行，盐酸浓度的降低将使反应速率下降；由于反应放热，反应体系温度升高，反应速率将上升，这是一对矛盾。在0~t1阶段，温度与反应速率的矛盾是主要矛盾，因而反应速率变大；在t1时，这一对矛盾处于势均力敌的状态；在t1~t2阶段，由于盐酸的浓度逐渐降低，对反应速率的影响已起主宰作用，上升为主要矛盾（要用“量变到质变”的观点解释），反应速率趋于下降。
此题在各类资料上出现的频率很高，参考答案林林总总，但一般都是从单一的角度进行解释，说服力苍白，而且不利于学生思维品质的提高。

三、用一般规律分析化学问题
世界上的万事万物都是运动变化的，但又不是杂乱无章、毫无秩序的。各类事物的运动规律的具体内容虽然是不同的，但却包含着共同的东西。哲学上讲的规律，就是对这些共同性的抽象和概括。化学物质的变化的根据就是物质的性质，物质的性质是固有的，因此物质在一定条件下的变化规律是客观的，是不以人们的意志转移的。
物质变化的一般趋势及其表现形式如下表：

化合反应分解反应置换反应复分解反应
氧化还原反应非氧化还原反应
可逆反应不可逆反应
离子反应非离子反应








在通常情况下，事物都有从较不稳定状态向较稳定状态发展的趋势，就像人们总是害怕山上的石头会滚落下来，而正常的人绝不会担心山下的石头会自动飞上山顶一样。这个浅显的原理涵盖了化学学科中的许多方面。
经常听到这么一句话：“反应CuSO4＋H2S＝CuS↓＋H2SO4是强酸制弱酸原理的一个特例。”所谓“特例”意思是说这个反应与较强酸制取较弱酸的机理有悖。我们知道，强酸之所以能制弱酸，是因为弱酸的酸根结合氢离子的能力强，它结合了强酸的氢离子而生成了难电离的弱酸。从电离能力强弱的角度看，生成了更稳定的弱酸。而S2－结合Cu2+的能力远远其强于结合H＋的能力[Ksp(CuS)＝6.3×10－，Cu2+结合H2S电离出来的微量的S2－，促使H2S电离平衡的移动，并使其完全电离，生成比H2S更稳定的CuS沉淀。综上所述，“特例”不但不特，原理恰恰是相同的，即均符合“谁稳定就生成谁”的一般规律。
再如教材中说“＋4价Sn的化合物和＋2价Pb的化合物是稳定的”，换言之，即＋2价Sn的化合物和＋4价Pb的化合物不稳定，据化学变化一般趋势的规律，不稳定状态有向稳定状态变化的趋势，因而可判断PbO2有显著的降价趋势，是典型的氧化剂（可作为铅蓄电池的正极），SnCl2又明显的升价趋势，具有强的还原性。这就是根据物质变化的一般规律进行推测预言的一个例子。
有一种对化学学科的偏见，认为化学学习无规律可循，不像数学、物理学有“公式”可以套用，好像死记硬背是学好化学的惟一途径。当然，不少基础知识需要记忆和归纳，但如果认为单纯的知识罗列就是归纳，而不善于提炼、总结出一般规律，那将置化学学习于盲目之中，学科素养的提升只能是一句空话。
学科教学是循序渐进的，知识是逐渐积累的，但学科中的具体问题或者说局部的东西总是符合学科规律的和事物的普遍规律的，这些规律就是学科思想的体现。这些学科思想并不是孤立的，因都属于唯物辩证法的范畴而有着密切的联系。应该说，整个化学教学过程都体现、贯穿着化学学科思想。
从本文的几个例子可以看出，唯物辩证法作为一种锐利的武器，学科教学中是很重要的。应该引起警觉的是，不少化学问题，如果不进行辩证分析，轻则解决不了问题，甚至导致科学性的错误。在目前教学中，“想当然”的情况时有发生，学生想当然还可以补救，教师想当然问题就大了。必须减少甚至杜绝这种现象的发生。
如何根据教学内容适时有效地提出并利用学科思想指导学生的化学学科学习，使学生学会并自觉地用辨证的观点看待化学问题，善于从学科思想的角度去审视看起来很平常的、纷杂的化学现象，在规律上加以提炼和升华，从而能做到思路清晰，达到触类旁通的境界，并不是很轻松很自然的事。关键是教者有这样的意识，从提高学生素质和培养学生终身学习能力的高度来认识这个问题，要破除化学教学中常见的就事论事的教学习惯，要是加强学习，提高自身的素质。
在有意识地在化学教学中渗透学科思想，并用学科思想知道化学教学，使目前对教者的基本要求，更是教者的责任所在。
化学是一门基础自然科学，它研究物质的形成、结构、性质、变化以及合成等。化学科学的发展是符合唯物辩证法规律的，它的显著特点是它的辩证性。下面，举例说明。
辩证唯物主义认为：世界是物质的，一切物质都处于永恒的运动状态中，运动是绝对的，静止是相对的。俗话说：“人往高处走，水往低处流”。而“水往低处流”这句话正说明了高处的水具有较高的能量，是不稳定的，而物质有向能量低的方向转化的趋势，那样，体系才能处于平衡状态。而“平衡”在我们所处的这个物质世界上是无处不在的。
“化学平衡状态”的概念就已经指明：所谓平衡状态就是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变的状态。因此，化学平衡是一种动态平衡（正、逆反应速率相等），但“动”中有“静”，（即反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变）。
认为化学平衡是动态平衡，从很多方面都可以得到证明。例如：溶解——结晶平衡。在有氯化钠晶体存在的其饱和溶液中，氯化钠晶体是否因溶液已达到饱和状态现时不再溶解了呢？事实证明氧化钠晶体在水分子的作用下仍然要进入溶液而溶解。但是，由于一定条件下，氯化钠在水中的溶解度有一定限度，显然，有多少氯化钠晶体溶解进入饱和溶液，必然同时有多少晶体从饱和溶液中析出，从而保证溶解于水中的氯化钠的总量不变。因此，在有晶体存在的其饱和溶液中，仍然存在着溶解与结晶这两个截然相反的过程，只不过速率相等而已，即达到了平衡状态。不难理解，溶解——结晶平衡是一种动态平衡。“动”是指溶解与结晶并没有停止，但“动”中有静，“静”是指由于溶解与结晶的速率相等，晶体的质量不再减少，表面上看好像不再发生变化。
辩证唯物主义的运动论，运动和静止的辩证关系，在化学中举不胜举。
“静态和动态”是唯物辩证法的一个观点，而“相对和绝对”、“量变和质变”等等生动的自然辩证的实例在化学中比比皆是。
一切事物都是相对的，没有绝对的。例如：稀有气体元素原子的最外层电子排布已达到稳定结构，化学性质是非常不活泼的。但稳定性、活泼性的强弱是相对的。当外界条件允许，他们仍然是可以发生化学反应的。比如：氟就可以与氙在一定条件下化合成XeF2、XeF4、XeFb等化合物；在初中，学习CO2的性质时，提到CO2不能支持燃烧，但在高中教材中，这一说法显然有一定局限性了。例如：
　　　　点燃
2mg+co2═══2mgo+c；
再比如：根据物质的溶解度不同把物质分为“易溶、可溶、微溶、难溶、不溶”等种类。但我们知道，不溶是相对的，绝对不溶的物质是不存在的。这一理论在解释“沉淀转化”这一事实就可以得到很好的应用。
事物的发展和向对立面的转化表现为由量变到质变。由量变到质变的转化是事物发展的普遍规律。例如：原子核内质子数的变化引起元素种类的变化；原子最外层电子数的变化引起元素一系列性质发生变化；在化学反应中，各反应物之间的比例不同导致产物不同等等。但同时也应看到：并不是所有的量变都能引起质变。例如：稀释某种酸的溶液，无论加多少水，稀释后的溶液仍然是这种酸的稀溶液，但永远不会变成溶液，其PH值只能趋近于7（常温），并小于7，而绝对不会大于7。
至于“对立统一规律”在“氧化——还原”反应中可以得到很好的应用：无论是从得氧、失氧的角度，还是电子得失的观点，在反应中参加反应的物质中有的元素失电子，必定有的元素得电子。氧化与还原是两个截然相反的过程，但二者有时同时发生，相辅相成的。没有氧化反应，必然就没有还原反应，反之亦然。二者是既对立成为矛盾的两个方面，又统一成为一个和谐的整体。化学知识有些是比较抽象的，但它作为一门自然科学，有着严密的理论和事实依据，是符合辩证唯物主义规律的。认识到这一点，对教师的传道，学生的学习，以及化学科学的发展将是非常必要的。 分享给好友转到我空间复制网址

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