重視培養(yǎng)學(xué)生用定量方法分析和解決化學(xué)問題能力的對策思考

摘 要：在高中化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生習(xí)慣地應(yīng)用化學(xué)知識中所總結(jié)的一般規(guī)律以及定性分析的方法來分析和解決化學(xué)問題。但是隨著化學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)僅靠一般規(guī)律或定性分析解決不了一些化學(xué)問題，亦無法解釋一些化學(xué)現(xiàn)象，所以頓感困惑并提出了疑問。基于此，文章就定量研究方法在化學(xué)學(xué)科中的重要作用，針對教學(xué)過程中遇到的案例，應(yīng)用數(shù)字化、量化思維對化學(xué)知識中抽象的概念、理論予以解釋，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、實證的學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：定性分析;定量計算;客觀數(shù)據(jù);學(xué)科素養(yǎng);科學(xué)態(tài)度

一、 從定量角度分析化學(xué)問題能幫助學(xué)生對模糊的認知準確化以及客觀地認識物質(zhì)世界

任何事物都是質(zhì)與量的統(tǒng)一。在化學(xué)這門學(xué)科中，“定量”是“定性”縱向發(fā)展的必然結(jié)果。例如，問題的提出：二氧化碳氣體通入濃的氯化鈣溶液中能產(chǎn)生沉淀嗎？學(xué)生回答：不能。根據(jù)是化學(xué)反應(yīng)中弱酸不能制強酸的一般規(guī)律。甚至用化學(xué)方程式進行分析：如果進行CO2+CaCl2+H2OCaCO3+2HCl反應(yīng)，但是鹽酸會溶解碳酸鈣：CaCO3+2HClCO2↑+CaCl2+H2O，最后產(chǎn)物還是二氧化碳和氯化鈣！還舉例氯化鈣干燥劑可以干燥CO2氣體。所以二氧化碳氣體通入濃的氯化鈣溶液不反應(yīng)。由此可以看出，即使在高中階段，大部分的學(xué)生對于化學(xué)問題的分析仍停留在一般規(guī)律的背誦及其應(yīng)用上。問題的再提出：硫化氫氣體通入0.1mol/L硫酸銅溶液中能產(chǎn)生沉淀嗎？學(xué)生普遍回答：因為H2SO4是強酸，所以反應(yīng)：CuSO4+H2SCuS↓+H2SO4不能發(fā)生。但CuS是不溶于稀硫酸的黑色物質(zhì)，以上反應(yīng)能發(fā)生，對比之下學(xué)生感到了困惑，產(chǎn)生了質(zhì)疑，認知變得模糊：這是弱酸制備強酸的特例？

二、 用定量的方法解決化學(xué)問題，注重了解知識的深刻性和關(guān)聯(lián)性，同時也增強了學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)原理學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性與邏輯性

客觀數(shù)據(jù)是化學(xué)理論的支撐。例如，絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)有一定的限度，所以對化學(xué)平衡的研究以及準確地測量可以幫助人們在化學(xué)生活生產(chǎn)中最大限度地節(jié)省原料，最大限度地生成產(chǎn)物。所以定量計算顯得尤為重要。目前，在本省使用的蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材中雖然引入了化學(xué)平衡濃度常數(shù)K的教學(xué)。但是對于濃度商Qc，教材中并沒有提及，濃度商Qc是可逆反應(yīng)的一個重要參數(shù)，它可以幫助判斷可逆反應(yīng)進行到了什么程度、是否處于平衡狀態(tài)，若未達平衡狀態(tài)反應(yīng)進行的方向又是如何。另外，教材中達到化學(xué)平衡的可逆反應(yīng)，改變條件后平衡的移動方向是采用定性的方法也就是應(yīng)用勒夏特列原理來判斷，而沒有講述用定量的方法，即對比某時刻濃度商與平衡常數(shù)的數(shù)值大小，從而對可逆反應(yīng)趨勢做出判斷。同時利用Qc與K進行比較的定量方法的教學(xué)，也為后續(xù)沉淀溶解平衡的學(xué)習(xí)，判斷是否有沉淀生成、是否溶解達到飽和做好鋪墊。

對于化學(xué)平衡體系中的常數(shù)，蘇教版的教材中只涉及了化學(xué)平衡濃度常數(shù)K、水的離子積常數(shù)Kw、弱酸的電離平衡常數(shù)

Ka、弱堿的電離平衡常數(shù)Kb、溶度積常數(shù)Ksp。但對于壓力平衡常數(shù)Kp、水解常數(shù)Kh、解離常數(shù)Kd、生成常數(shù)Kf這些內(nèi)容在中國高中化學(xué)教材中是缺失的。但筆者翻閱資料，發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)容在美國高中的主流化學(xué)教材都有涉及。近幾年高考全國卷中也有關(guān)于壓力平衡常數(shù)Kp、水解常數(shù)Kh的考題。所以教師在教學(xué)中應(yīng)重視和適當補充這部分的教學(xué)，才能讓學(xué)生的化學(xué)平衡體系的知識結(jié)構(gòu)更加完善，對化學(xué)平衡理論的學(xué)習(xí)更具系統(tǒng)性和邏輯性。

三、 引導(dǎo)從定量的角度去分析和解決化學(xué)問題，是培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理”等化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的有效途徑

蘇教版高中化學(xué)教材中有關(guān)“氫氧化鋁”兩性的教學(xué)，提到了Al（OH）3溶于鹽酸與氫氧化鈉溶液以及“2mol·L-1氯化鋁溶液，逐滴加入6mol·L-1氨水直到不再產(chǎn)生沉淀為止”的實驗及其化學(xué)方程式，在“從鋁土礦到鋁合金”一章也呈現(xiàn)了足量的CO2通入NaAlO2溶液生成Al（OH）3沉淀的反應(yīng)方程式。甚至，筆者翻閱到某些教輔材料總結(jié)出“氫氧化鋁”兩性只能溶于強酸和強堿，而不溶于弱酸和弱堿這樣的規(guī)律。蘇教版教材對于“氫氧化鋁能否溶于弱酸、弱堿”沒有作出明確的結(jié)論，部分教師和某些教輔材料片面理解教材內(nèi)容的表述及總結(jié)，容易誤導(dǎo)學(xué)生形成錯誤觀念，認為“氫氧化鋁只能溶于強酸和強堿，而不溶于弱酸和弱堿”，簡單粗略地歸納并讓學(xué)生誦記，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度和質(zhì)疑的化學(xué)思維，忽視了知識的科學(xué)性。而實際上Al（OH）3能溶于醋酸這樣的弱酸，而且還可以具體通過定量計算在酸性或堿性溶液中，Al（OH）3開始溶解的pH為多少，以及在酸性或堿性溶液中Al（OH）3溶解程度達到易溶時溶液的pH為多少。從計算的結(jié)果會發(fā)現(xiàn)Al（OH）3還能微溶于濃氨水和飽和碳酸溶液。這樣計算分析，最終得到的結(jié)論是：Al（OH）3能否溶于酸或堿溶液，與酸或堿的強弱沒有直接聯(lián)系，而是取決于溶液的pH值。

此外，像將SO2通入BaCl2溶液無明顯現(xiàn)象，但為什么SO2通入Ba（OH）2溶液能產(chǎn)生白色沉淀？若要使SO2通入BaCl2溶液產(chǎn)生白色沉淀，可同時通入氨氣、或氧化性的氣體，這又是為什么？其產(chǎn)生的白色沉淀又是什么，BaSO3或BaSO4？在實驗演示的過程中，產(chǎn)生的現(xiàn)象及一系列的問題同樣值得用定量的方法去分析和研究。

可見，定性實驗的現(xiàn)象一定要結(jié)合定量計算的分析，要運用變化觀念與平衡思想、宏觀辨識與微觀探析綜合手段才能得到科學(xué)合理的結(jié)論。在此過程中，同時培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理”的實事求是的科學(xué)態(tài)度。

定量方法是研究化學(xué)問題的基本思維。在教學(xué)過程中要有所拓展，予以重視。康德曾經(jīng)說過：“在自然科學(xué)的各個分支中，只有能用數(shù)字表達的分支，才是真正的科學(xué)。”而學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中如果能將數(shù)學(xué)方法與化學(xué)思維相互融合，也一定能提高學(xué)習(xí)能力的深刻性與綜合性。

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作者簡介：劉文琴，福建省福州市，福州外國語學(xué)校。