用哲学观建立化学思维

来源:基础教育参考 作者: 姜红

 

湖北省襄阳市第四中学     姜红   
化学思维就是要求学生能把已知物质组成、结构、性质及其变化规律，进行分析综合、比较、概括得出化学概念和化学原理；能够应用从一般到特殊和从特殊到一般的方法来认识物质及其变化规律；能够应用有关化学原理来判断、推理得出物质具有何种特征，发生何种变化的一种思维能力。在高中化学教学中，很多学生觉得化学方程式繁多、知识零散、化学反应原理难懂、需要记住特例太多，感觉知识容易遗忘。这部分学生的问题在于还不具有良好的化学思维能力。化学教学中，教师不能只注重知识的传输，更要注重学生思维能力的培养。思维能力是人一生发展所必需的核心能力。有针对性地培养学生良好的思维方式、创造性思维习惯和解决问题能力，远比让学生牢记学科知识更重要。
一、事物是对立统一的
事物自身包含的既对立又统一的关系，叫矛盾。对立统一在化学中能找到相当广泛的示例，物质分类中的“混合物和纯净物”、“单质和化合物”、“酸和碱”、“金属和非金属”等；化学变化中的“化合反应和分解反应”、“吸热反应和放热反应”、“正反应和逆反应”、“中和反应与水解反应”、“氧化反应与还原反应”、“得电子与失电子”等；化学平衡中的“正反应速率和逆反应速度”、溶解平衡中的“溶解和结晶”等；电离理论中的“阴离子和阳离子”、“强电解质与弱电解质”、“共价化合物与离子化合物”、“两性氢氧化物的酸式电离与碱式电离”等；电化学中的“正极和负极”、“阴极和阳极”等；元素周期律中的元素的“金属性和非金属性”等对立统一的关系。原子核与电子，阳离子与阴离子，氧化与还原，得电子与失电子，平衡体系从整体上看，都是中性的、守恒的、平衡的统一关系，符合“中庸之道”。在方程式的书写、离子共存、化学计算等方面常常用到质量守恒(原子个数守恒)、电荷守恒、得失电子守恒，通过对这些对立统一关系的比较、归纳、理解形成化学思维，建立“守恒”观念。
二、事物是普遍联系的，规律具有普遍性与特殊性
事物是普遍联系的，规律具有普遍性。数以亿计的物质都是由100多种元素组成，一张周期表，把大千世界全部浓缩进来了，周期律和周期表，是学习化学的核心主线。元素及其化合物的学习中，要善于灵活运用周期表和周期律。在每个“族”中找一两个元素作代表，详细研究它的存在形式、单质、氧化物、氢化物、氧化物对应水化物以及盐类，对于不同的物质又分别研究其物理性质、化学性质、制法、用途等等。依据“相似性”（或者叫“通性”）、“特殊性”和“递变性”三种方式，推导出同一族其它物质的相关知识，达到触类旁通、以一当十的效果。又比如，学习离子反应和氧化还原反应时，了解到酸和碱反应的实质是质子（H⁺）的转移。反应的方向总是朝着生成更难电离的、更弱的酸碱的一方进行的， 符合 “强强生弱”、 ”你强我弱” “正易逆难“、“强强优先”等规律。
规律具有特殊性：比如酸具有酸的通性，大多可以与活泼金属产生氢气，但浓硫酸、硝酸等强氧化性酸不行；比如酸大多可以使酸碱指示剂变色，但酸性很弱的石炭酸等不行。比如酸性氧化物可以与水反应生成酸，但二氧化硅不行。比如原电池中做负极的金属还原性更强，但镁-铝-氢氧化钠溶液组成的原电池例外。强酸制弱酸常见，但弱酸H₂S可以和CuSO₄溶液反应，得到强酸H₂SO₄；浓磷酸可以和氯化钠固体反应生成HCl。总之，在学习中既要从特殊性中概括出普遍性，又要在普遍性的指导下去研究特殊性，根据事物的内因外因，具体问题具体分析。
三、认清整体与局部、主要与次要
学习时不能机械生搬硬套，在处理复杂问题时要根据对象，分清整体与局部，主要和次要矛盾，才能快捷、准确的解决问题。比如在书写离子方程式时，盐酸中不存在HCl分子，要拆写成H⁺和Cl^-；但醋酸溶液中醋酸电离程度小，主要以CH₃COOH分子形式存在，不能拆；CaCO₃虽然是完全电离但因为溶解度较小，形成悬浊液，还是不能拆。比如同样是Ca（OH）₂，对澄清石灰水和石灰乳处理就不同。又比如氯水和一些还原性物质反应时，因氯气是主要溶质，通常用Cl₂或Cl₂和H₂O表示反应物，而不用HClO。比较NaHSO₄溶液、NaHCO₃溶液、NaHSO₃溶液、醋酸溶液等离子浓度大小时，要分清强电解质与弱电解质、电离程度与水解程度的大小、主次，才能写出正确的关系。比如SO₂、NO₂、H₂O₂、Fe²⁺都既有氧化性又有还原性，但性质各有侧重。碳酸钠溶液中存在碳酸根的水解平衡和水的电离平衡， 溶液中含有OH^-、 HCO₃^- 、H⁺，它们可以共存，因为浓度很小可以忽略不计。向碳酸钠溶液中加入H⁺ ，达到一定浓度会反应，书写方程式时，如果不分主次，会错写成OH^-+H⁺=H₂O,HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂↑。
 
总之，遇到复杂的多步反应、循环反应或多个平衡体系共存时，我们只需抓住始态和终态，把握全局、分清主次就能取得化繁为简的效果。
四、事物是不断发展变化的，是量变与质变的统一
世界上任何事物的变化，都是量变和质变的统一。质变是量变的必然结果。
元素周期律就是非常生动的实例。在元素周期表中随核电荷数的增加，原子半径依次减小，金属性递减，非金属性递增，但当最外层电子数增大到8个电子时，原子半径出现突变，随后又呈现出金属性与非金属性递变规律。二氧化锰和浓盐酸加热时可制得氯气，和稀盐酸就不行；次氯酸钙和稀盐酸发生复分解反应得到次氯酸和氯化钙，但和浓盐酸反应则发生氧化还原反应得到氯气；浓硫酸和稀硫酸的性质大为不同；利用方程式进行化学计算时，一定要判过量……，量变与质变的事例不胜枚举。
事物的发展是内因和外因共同起作用的结果，在观察事物、分析问题时，既要看到内因，又要看到外因，坚持内外因相结合的观点。碘化氢气体不能用浓硫酸干燥 ：2HI+H₂SO₄(浓)=I₂ +SO₂↑+2H₂O，但是二氧化硫气体可以碘水褪色：I₂ +SO₂ +2H₂O= 2HI+H₂SO₄ 但是该反应不是可逆反应（硫酸浓度不同），铜片投入到浓硫酸中，没有明显变化，加热后反应激烈。SO₃^2-和S^2-在碱性或中性环境可以大量共存，但在酸性溶液中会发生氧化还原反应。分析化学变化时除了考虑物质本身的性质，还要考虑到温度、压强、浓度、酸碱性等外界条件的影响。
事物发展的总趋势是前进的，而发展的道路则是迂回曲折的。在物质结构与性质这个模块中得到充分体现。比如人类对原子结构的认识经历了从古代的原子论到现代的量子论的漫长而曲折的历程。又比如对苯分子的结构的探究，也戏剧性的跌宕起伏。周期表中各元素的相对原子质量随着原子序数的增加，总趋势是增加的，但其中也有反常。同一周期元素的第一电离能从左至右也是呈锯齿状增加……
化学与哲学联系如此紧密，在学习化学过程中，要善于用哲学观来指导实践，理论联系实际，进行分析、比较、推理、演绎、概括、抽象形成化学思维，进一步激发学习兴趣，发挥学生主观能动性。