易篤寧
(江寧高級中學 江蘇 南京 211100)
教是為了不教,學是為了會學 。這句話剖開來說,就是指學生經(jīng)過教師的教授能掌握科學的學習方法和策略,能獨立地運用所學知識和方法解決生產(chǎn)、生活等方面所遇的實際問題。因此,在教學過程中,教師除了傳授知識外,更要教會學生思維的方法,方法是鑰匙,方法比知識更重要?;瘜W教學內(nèi)容中,蘊含了不少辯證法的思想。如果教師在教學過程中,能適時地運用辯證的觀點進行教學,既可以使學生輕松、有趣地掌握知識,又可訓練學生的思維,從而提高解決問題的能力。
對立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法的根本規(guī)律,它告訴人們:任何事物的內(nèi)部都存在著矛盾的兩個方面,它們既相互對立又相互統(tǒng)一。在中學階段所講的溶液或所遇到的溶液絕大多數(shù)是水溶液,水電離可產(chǎn)生H+、OH-,因此,所有的水溶液中都有H+、OH-,它們同生同滅,相反相成,只不過在不同的水溶液中H+、OH-的相對含量不一定一樣,有的水溶液中H+含量多,有的水溶液中OH-含量多。酸溶液或堿溶液可看成是在純水中加入酸或堿,抑制了水的電離,致使酸溶液中H+的含量超過OH-的含量,堿溶液中OH-的含量超過H+的含量;而顯酸性或顯堿性的鹽溶液可認為是在純水中加入了能水解的鹽,促進了水的電離,造成顯酸性的鹽溶液中H+的含量超過OH-的含量,顯堿性的鹽溶液中OH-的含量超過H+的含量;而不能水解的鹽溶液中H+、OH-的含量一樣??傊?,水溶液中H+、OH-的含量是隨外界條件的變化而變化的,它可通過關系式 c(H+)·c(OH-)=Kw 求出具體量或判斷出相對量。
再比如,對于氧化還原反應,亦可用對立統(tǒng)一的觀點理解其中的一些概念:化合價升高與降低總數(shù)相等,失電子與得電子總數(shù)相等,氧化反應與還原反應同時進行,氧化劑與還原劑同時存在,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物同時產(chǎn)生,等等?;ハ鄬α⒍止泊娴睦釉诨瘜W中還有很多,如:分解與化合、升華與凝華、溶解與結晶、吸熱與放熱、加成與消去,等等。
世界充滿著矛盾,世界是由物質(zhì)組成的,化學是研究物質(zhì)的一門科學,因此,用矛盾的觀點學習化學知識符合事物的本質(zhì)屬性。在化學教學中,教師要讓學生學會整體地去思考問題,遇有對立統(tǒng)一的內(nèi)容時,既要使學生認識到矛盾雙方的相互競爭,又要理解矛盾雙方的相互依賴,失去一個,另一個也不可能存在。
CuCl2溶液與Na2S溶液混合后會有什么現(xiàn)象呢?是生成黑色的CuS?還是生成藍色的Cu(OH)2?實驗結果顯示:CuCl2溶液與Na2S溶液混合后,生成黑色沉淀CuS,即發(fā)生了以下反應,CuCl2+Na2S=CuS↓+2NaCl。為什么不發(fā)生雙水解反應生成Cu(OH)2?即CuCl2+Na2S+2H2O=Cu(OH)2↓+H2S↑+2NaCl。查表發(fā)現(xiàn),CuS、Cu(OH)2的溶度積常數(shù)分別是 6.3×10-36、2.2×10-20, 由于 CuS的溶度積常數(shù)比Cu(OH)2的溶度積常數(shù)小,所以此反應按離子互換反應的方向進行?;瘜W反應總是向著能夠最大程度減少物質(zhì)濃度的方向進行,溶度積越小,說明離子濃度減少的越多,反應進行的程度就越大,此方向就是相關微粒反應的主要方向,亦即此方向的反應就是該問題的主要矛盾。因此,可以根據(jù)溶度積的大小判斷反應進行的方向。
如果將FeCl3溶液與Na2S溶液混合,會發(fā)生什么反應呢?理論上有三種可能:Fe3+、S2-之間的雙水解反應、復分解反應和氧化還原反應,那么,究竟發(fā)生什么反應呢?經(jīng)查有關數(shù)據(jù)可知,主要發(fā)生的是Fe3+與S2-之間的氧化還原反應,即Fe3+與S2-之間的氧化還原反應是三種可能的反應中程度最大的反應,該反應是此變化過程的主要矛盾。
唯物辯證法告訴人們:在復雜事物發(fā)展變化過程中,存在著許多矛盾,但必有一種矛盾起著決定事物的性質(zhì)和發(fā)展方向的作用,這種矛盾就是主要矛盾。在化學教學中,教師要引導學生善于抓住問題的主要矛盾,因為抓住了主要矛盾,就等于找到了分析和解決問題的答案。
問題:①25℃時,0.01mol·L-1的鹽酸溶液稀釋1000倍后,該鹽酸溶液的pH為多少?
②25℃時,1×10-5mol·L-1的鹽酸溶液稀釋 1000 倍后,該鹽酸溶液的pH為多少?
經(jīng)計算,第①題的pH為5,第②題若按第①題的思路計算,得出的結果是稀釋后溶液的pH為8,此時溶液呈堿性,這顯然是不可能的。因為稀釋前溶液呈酸性,稀釋過程中加入的是純水,即使從極限的角度來說,稀釋后溶液也最多是呈中性,怎么可能由酸性變成堿性呢?是計算有誤?還是解題思路出了問題?經(jīng)分析可知,問題出在對水的電離的忽略。盡管水是一種極弱的電解質(zhì),在通常情況下自身電離產(chǎn)生的 c(H+)、c(OH-)均為 1×10-7mol·L-1,當其他電解質(zhì)電離產(chǎn)生的 c(H+)、c(OH-)遠遠大于1×10-7mol·L-1時,水的電離可以忽略不計;但電解質(zhì)電離產(chǎn)生的 c(H+)、c(OH-)接近或小于 1×10-7mol·L-1時,必須考慮水的自身電離。在第②題中,稀釋1000倍后,由鹽酸電離產(chǎn)生的 c(H+)為 1×10-8mol·L-1,小于由水自身電離產(chǎn)生的c(H+),因此,此時計算溶液的pH值,應當既要考慮鹽酸的電離,更要考慮水的電離。經(jīng)計算可得,稀釋后的鹽酸溶液pH為6.98。由此可見,第②題中水的電離不可忽略,稀釋前的次要因素稀釋后變成主導因素,主要矛盾和次要矛盾的相互轉化使溶液的性質(zhì)呈現(xiàn)出階段性的差別。
唯物辯證法告訴人們:在事物的發(fā)展變化過程中,矛盾的主次方面是會隨條件的變化而轉化的。在化學教學中,遇有矛盾的主次方面可以相互轉化的內(nèi)容時,教師要培養(yǎng)學生學習相關知識時的條件意識,要使學生認識到濃度、壓強、溫度、酸度等條件的改變,都有可能使化學變化中的矛盾的主次方面發(fā)生轉化。
辯證唯物主義告訴我們,在事物變化發(fā)展過程中,當量的積累達到一定程度的時候,往往會發(fā)生質(zhì)的改變和飛躍?;瘜W變化中也有這樣的一些事實,比如,硫化氫和氧氣的反應,當氧氣的量不足的時候,點燃會生成硫和水;但氧氣的量充足的時候,點燃則會生成二氧化硫和水。反應物相同,反應條件也一樣,由于反應物量的不同而引起生成物不同的反應還有不少,我們要善于歸納,并有序地傳授給學生,使學生對知識能夠理解地去接受,同時也掌握了一種學習知識的方法。
量變引起質(zhì)變,在化學變化中還有其他一些情況。比如,在純水中先加酸后加堿或先加堿后加酸,水溶液的酸堿性發(fā)生變化的過程,就是一個典型事例。在純水中,由于水電離出的氫離子和氫氧根離子的濃度相同,故純水顯中性。若在純水中加入一定量的氫氧化鈉固體,就會使得溶液中的氫氧根離子的濃度大于氫離子的濃度,而使溶液顯堿性;若此時不斷地向該溶液中滴加鹽酸溶液,就會發(fā)生氫離子和氫氧根離子的反應,溶液中的氫氧根離子將不斷地減少,而氫離子則不斷地在增多,在此消彼長的過程中,到了一定程度溶液中的氫離子的濃度將大于氫氧根離子的濃度,而使溶液呈現(xiàn)出酸性。
結構決定性質(zhì),性質(zhì)反映結構,這是化學教學中的一個基本思想,也是因果觀的一個具體呈現(xiàn)?;瘜W反應中往往伴隨著能量變化、顏色變化、沉淀、氣體等現(xiàn)象,不同的反應常常有不同的變化現(xiàn)象,利用這些因果關系可以解決一些實際問題。
物質(zhì)的檢驗可以用因果觀去分析、解決。比如,如何檢驗二氧化硫氣體中混有二氧化碳氣體?顯然不能直接用澄清的石灰水去檢驗,因為二氧化硫和二氧化碳均能使澄清的石灰水變渾濁,因此,必須要排除二氧化硫的干擾。先用酸性高錳酸鉀溶液吸收二氧化硫氣體,再用品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡(二氧化碳與酸性高錳酸鉀、品紅溶液均不反應),最后再用澄清的石灰水檢驗是否含二氧化碳。
物質(zhì)的推斷題也可用因果觀去解決。解推斷題的關鍵是尋找突破口,而突破口往往是一些特征反應、特別現(xiàn)象,透過現(xiàn)象看本質(zhì)正是因果觀的體現(xiàn)。通過突破口確定某物質(zhì)后,再根據(jù)題中的其它條件和信息,依據(jù)因果關系順藤摸瓜、各個擊破,問題自然會得到解決。
氧化還原反應的分析也要用到因果觀。氧化還原反應之所以能進行,是因為物質(zhì)之間有電子的轉移,既有氧化劑,又有還原劑。分析一混合體系中有無氧化還原反應發(fā)生,要看該體系中有無氧化性物質(zhì)和還原性物質(zhì)存在,氧化性、還原性什么條件下表現(xiàn)出來?氧化性、還原性強弱怎樣?要判斷一反應是否是氧化還原反應,只要判斷有無電子轉移即可。若要進一步配平氧化還原反應,則要依據(jù)氧化劑與還原劑得失電子數(shù)相等的原則去進行。
化學反應的本質(zhì)是原子的重新組合,在化學反應前后,原子的種類和數(shù)目既沒有增加,也沒有減少,只是原子的存在方式發(fā)生了變化,所以一切化學反應都存在著守恒的關系。
在中學化學里,守恒關系主要包括能量守恒、元素守恒、電荷守恒、電子守恒,等等。運用守恒法解題,可以不顧中間的過程和細節(jié),不需考慮反應的途徑和方式,只要抓住反應的始態(tài)和終態(tài)的某些量,就可以達到快速、準確解題的目的。守恒法常常應用于解決比較復雜的計算題。
例:銅和鎂的合金4.6g完全溶于濃硝酸,若反應中硝酸被還原只產(chǎn)生4480mL的NO2氣體和336mL的N2O4氣體(氣體的體積已折算到標準狀況),在反應后的溶液中,加入足量的氫氧化鈉溶液,生成沉淀的質(zhì)量為
A.9.02g B.8.51g C.8.26g D.7.04g
解析:此題常規(guī)解法是列方程組求算,但計算比較復雜,容易出錯,用守恒法則比較簡潔。分析可知,生成的沉淀為 Cu(OH)2、Mg(OH)2的混合物,從物質(zhì)組成和元素守恒來看,沉淀的質(zhì)量等于銅和鎂的質(zhì)量加上氫氧根離子的質(zhì)量,而從電荷守恒和電子守恒分析,氫氧根離子的物質(zhì)的量等于反應中轉移的電子的物質(zhì)的量,即生成4480mL的NO2氣體和336mL的N2O4氣體的過程中所得電子的物質(zhì)的量,經(jīng)計算可得為0.23mol。所以,沉淀的質(zhì)量=4.6g+0.23mol×17g·mol-1=8.51g。
辯證的觀點在化學中的應用還有很多,如否定之否定觀等等,在此不再一一贅述。事物之間是普遍聯(lián)系的,化學源于生活,因此化學與其他學科之間是有緊密關系的,這就要求我們在化學教學過程中,除了用本學科的方法進行教學,亦要善于從其它角度思考問題、總結規(guī)律,多管齊下,多法共用,定能收到理想的教學效果。
[1] 廖旭杲,包朝龍.用哲學思想引領高三化學復習[J].中學化學教學參考,2009,(6)