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

摘 要：在高中化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生習(xí)慣地應(yīng)用化學(xué)知識(shí)中所總結(jié)的一般規(guī)律以及定性分析的方法來(lái)分析和解決化學(xué)問(wèn)題。但是隨著化學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會(huì)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(wèn)題，亦無(wú)法解釋一些化學(xué)現(xiàn)象，所以頓感困惑并提出了疑問(wèn)。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(duì)教學(xué)過(guò)程中遇到的案例，應(yīng)用數(shù)字化、量化思維對(duì)化學(xué)知識(shí)中抽象的概念、理論予以解釋?zhuān)瑥亩囵B(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)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(jì)算;客觀(guān)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(wèn)題能幫助學(xué)生對(duì)模糊的認(rèn)知準(zhǔn)確化以及客觀(guān)地認(rèn)識(shí)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(mén)學(xué)科中，“定量”是“定性”縱向發(fā)展的必然結(jié)果。例如，問(wèn)題的提出：二氧化碳?xì)怏w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(qiáng)酸的一般規(guī)律。甚至用化學(xué)方程式進(jìn)行分析：如果進(jìn)行CO2+CaCl2+H2OCaCO3+2HCl反應(yīng)，但是鹽酸會(huì)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?xì)怏w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(duì)于化學(xué)問(wèn)題的分析仍停留在一般規(guī)律的背誦及其應(yīng)用上。問(wèn)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?yàn)镠2SO4是強(qiáng)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(duì)比之下學(xué)生感到了困惑，產(chǎn)生了質(zhì)疑，認(rèn)知變得模糊：這是弱酸制備強(qiáng)酸的特例？

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

客觀(guān)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(duì)化學(xué)平衡的研究以及準(zhǔn)確地測(cè)量可以幫助人們?cè)诨瘜W(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(jì)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(duì)于濃度商Qc，教材中并沒(méi)有提及，濃度商Qc是可逆反應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)，它可以幫助判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行到了什么程度、是否處于平衡狀態(tài)，若未達(dá)平衡狀態(tài)反應(yīng)進(jìn)行的方向又是如何。另外，教材中達(dá)到化學(xué)平衡的可逆反應(yīng)，改變條件后平衡的移動(dòng)方向是采用定性的方法也就是應(yīng)用勒夏特列原理來(lái)判斷，而沒(méi)有講述用定量的方法，即對(duì)比某時(shí)刻濃度商與平衡常數(shù)的數(shù)值大小，從而對(duì)可逆反應(yīng)趨勢(shì)做出判斷。同時(shí)利用Qc與K進(jìn)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(dá)到飽和做好鋪墊。

對(duì)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(duì)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(guó)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(guó)高中的主流化學(xué)教材都有涉及。近幾年高考全國(guó)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(dāng)補(bǔ)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(shí)結(jié)構(gòu)更加完善，對(duì)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(wèn)題，是培養(yǎng)學(xué)生“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”“變化觀(guān)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)酸和強(qiáng)堿，而不溶于弱酸和弱堿這樣的規(guī)律。蘇教版教材對(duì)于“氫氧化鋁能否溶于弱酸、弱堿”沒(méi)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(cuò)誤觀(guān)念，認(rèn)為“氫氧化鋁只能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，而不溶于弱酸和弱堿”，簡(jiǎn)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(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和質(zhì)疑的化學(xué)思維，忽視了知識(shí)的科學(xué)性。而實(shí)際上Al（OH）3能溶于醋酸這樣的弱酸，而且還可以具體通過(guò)定量計(jì)算在酸性或堿性溶液中，Al（OH）3開(kāi)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(dá)到易溶時(shí)溶液的pH為多少。從計(jì)算的結(jié)果會(huì)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(jì)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(qiáng)弱沒(méi)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(wú)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(shí)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(shí)驗(yàn)演示的過(guò)程中，產(chǎn)生的現(xiàn)象及一系列的問(wèn)題同樣值得用定量的方法去分析和研究。

可見(jiàn)，定性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象一定要結(jié)合定量計(jì)算的分析，要運(yùn)用變化觀(guān)念與平衡思想、宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析綜合手段才能得到科學(xué)合理的結(jié)論。在此過(guò)程中，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理”的實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

定量方法是研究化學(xué)問(wèn)題的基本思維。在教學(xué)過(guò)程中要有所拓展，予以重視?？档略?jīng)說(shuō)過(guò)：“在自然科學(xué)的各個(gè)分支中，只有能用數(shù)字表達(dá)的分支，才是真正的科學(xué)?！倍鴮W(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)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(jiǎn)介：劉文琴，福建省福州市，福州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校。