“理想化”处理化学问题的分类辨析

张兴涛 王澍

摘要： 简单“理想化”地处理某些化学问题，是不科学的，很可能会导致错误的理解或结论。通过对化学理论应用、物质结构分析、化学反应产物分析、化学实验异常现象等问题的分类辨析，说明“理想化”处理化学问题出现的错误及其原因。

关键词： 理想化; 化学问题; 分类辨析

文章编号： 10056629（2019）7008505中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题提出

教师在化学教学中经常依据已知的化学知识和经验，通过简单的分析推理，得出一些“规律性”或看似“科学性”的“结论”，并通过这些“结论”引导学生学习掌握未知的化学知识。久而久之，形成某些教师的一种习惯，成为进行化学教学常用的方法。但是，正如北京师范大学吴国庆教授所讲：“化学本身有规律，但化学的不规律比化学的规律更加普遍。”若教师在化学教学中，只进行简单的分析推理而忽略了一些其他因素或对教材内容进行不规范解读，即对化学问题进行了所谓“理想化”处理，可能会得出一些有瑕疵的、甚至是完全错误的结论。这些不合理的结论可能又会被其他教师在化学教学中所采纳，造成以讹传讹，背离了化学学科的学科理念，也不利于发展学生的化学学科核心素养。

2 理想化与“理想化”处理概述

2.1 理想化处理

理想化，在科学研究应用中，指突出地反映客观事物的某一特性，忽略了其他次要方面的特性。这样可以使事物的规律具有比较简单的形式，从而便于人们去认识和掌握复杂问题。理想化处理某些复杂问题时，方法更为简单而不发生大的偏差，是人类认识自然、探索未知的有效手段。

复杂问题是指包含部分的数量多、关联因素多、背景不清晰或当前研究不明确的问题。

2.2 理想化处理问题的方法

主要有： （1）建立合理的理想模型，把事件简化或纯化;（2）依据科学理论直接推理，要注意理论使用的条件;（3）依据科学的实验数据和现象进行推理或知识迁移。三种方法均要遵循科学性和实证性。

例如，英国化学家纽兰兹、法国地质学家尚古多、俄国化学家门捷列夫把相对原子质量（而非原子序数）由小到大排列，最终形成元素周期表，是化学发展的里程碑事件。在当时的化学研究阶段下，是理想化处理化学问题的典型代表。

2.3 理想化处理与“理想化”处理的区别

理想化处理，是指忽略掉一些因素或事实后，依据事物的主要特征，得到正确的规律或结论，是科学的，值得推广的。

北京大学严宣申教授说：“即使很简单的问题，也往往涉及几个因素”，因而在进行知识迁移时“单因素考虑问题不全面。[1]”

“理想化”处理，是指忽略掉重要的因素或事实，或对正确的学科知识和理论进行不规范解读，导致错误的理解或结论。这样的理想化就需要打上引号了，即本文中的“理想化”，这样的“理想化”处理化学问题，是不科学的，在教学中要避免。

3 部分化学问题分类辨析

笔者通过对化学教学中因“理想化”处理化学问题，得出的一些不全面或错误的化学规律和结论，从化学理论应用、物质结构分析、化学反应产物分析、化学实验异常现象等问题进行分类辨析，去伪存真，为中学化学教学提供参考。

3.1 化学理论应用问题

3.1.1 N元素与Cl元素的非金属性强弱比较

元素的非金属性指元素的原子在化合物中吸引电子的能力，可以用元素电负性数值的大小衡量非金属性的强弱。

高中化学教材中列举了利用单质与氢气反应生成气态氢化物的难易、气态氢化物的稳定性、元素最高价氧化物的水化物的酸性强弱等，来判断元素的非金属性强弱，需要注意的是以上判断依据的前提是同周期或同主族元素之间。

若忽略教材中要求的同周期或同主族这一前提，简单照搬教材中判断元素非金属性强弱的依据，“理想化”处理这一问题，就会得到如表1所呈现的结论。

（2） Cl2和N2的分子结构不同，Cl2的氧化性强于N2，不能说明Cl元素比N元素的非金属性强。

若从NCl3的水解反应、氢键、第一电离能、电负性等角度比较N元素与Cl元素的非金属性强弱，则会得到以下结果，如表2[2]。

3.1.2 反应焓变与键能

在101kPa、 298K条件下，把1mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为A—B共价键的键能。而对于不是AB型的H2O或NH3分子，其原子间断开1mol共价键所需要的能量，称为共价键的解离能，它们并不相同（文献中给出的键能通常是平均值）。

反应物和生成物均为气体的化学反应的焓变ΔH，可以用化学键的键能进行简单计算。但是，利用键能计算反应的焓变ΔH，需要注意反应物和生成物的聚集状态，否则就会得到错误的结果，如表3。

对于有聚集态物质参加的反应，反应焓变ΔH可能与升华能、电离能、电子亲和能、晶格能、键能等有关，而不仅仅与键能有关。对于环状有机物等较复杂反应，反应焓变也不等于简单的反应物的键能与生成物的键能之差。

显然，简单气态反应的焓变一般可以通过反应物的键能之和减去生成物键能之和来进行计算。因此，用键能计算焓变，不能简单地“理想化”处理，要考虑具体的反应环境。

3.2 物质结构分析问题

3.2.1 有机物中羟基O原子的轨道杂化

H2O中O原子轨道杂化类型为sp3，有机物中羟基O原子轨道杂化类型是否和H2O中O原子相同？通过表4，用不同的处理方式，如何正确分析有机物中羟基O原子的轨道杂化类型。

（1） H2O中O原子轨道杂化类型为sp3;

（2） 乙醇可看成H2O中H被—CH2CH3替代的产物，乙醇中羟基O原子轨道杂化类型为sp3。“理想化”（错误）所有有机物中羟基O原子的軌道杂化类型均为sp3。苯酚中的酚羟基O原子和羧基中的羟基O原子采用sp2杂化。

理想化（正确）醇类有机物中醇羟基O原子轨道杂化类型为sp3。

由表4知，有机物中羟基O原子的轨道杂化类型应考虑羟基O原子的化学环境，苯酚中的酚羟基O原子和羧基中的羟基O原子均采用sp2杂化，原因是以上两种结构中的羟基O原子相连的C原子为sp2杂化，这样可以形成稳定的大π键。“理想化”地由H2O和CH3CH2OH的结构得出有机物的羟基O原子均为sp3杂化是错误的。

3.2.2 手性碳与手性分子

手性分子有旋光性是因为含有手性碳。因此，容易“理想化”地认为： 含有手性碳的分子一定是手性分子。这种说法忽略了含有多个手性碳且中心对称的情况，例如： 内消旋酒石酸分子中的对称结构（见图1），含有两个手性碳且分子中心对称，没有旋光性，不是手性分子。

有手性碳的分子未必是手性分子，只含一个手性碳原子的分子一定是手性分子，但含多个手性碳原子的分子不一定是手性分子，需要从分子的整体对称性考虑[4]。

3.3 化学反应产物分析问题

SiO2与C反应的产物分析：

工业上制备单质硅，SiO2与C在高温下反应生成Si和CO，而不是Si和CO2的原因。通过表5的对比，可以得出更科学、合理的解释。

3.4 化学实验异常现象问题

3.4.1 氢氧化铝与醋酸的反应

苏教版高中化学教材有： Al（OH）3既可以与强酸反应，又可以与强碱反应[6]。据此，有人得出： Al（OH）3不溶于弱酸，也不溶于弱碱的结论。

而实验证实，Al（OH）3可完全溶于弱酸性的CH3COOH溶液，主要是由于Al（OH）3电离出的Al3+与CH3COO-发生配合作用所致，两性偏碱性的Al（OH）3与CH3COOH的中和也会对溶解有所贡献[7]。不能因为教材中有“Al（OH）3既可以与强酸反应，又可以与强碱反应”，而“理想化”地推定Al（OH）3不能溶于所有弱酸。教学中要避免对教材内容进行“理想化”的异化解读，防止出现科学性错误。

3.4.2 沉淀现象与溶度积Ksp

在一定温度下，只要水溶液中的離子积Qc大于溶度积Ksp，就会有沉淀现象。事实未必如此。

例如： 饱和FeCl3溶液物质的量浓度约为4.42mol·L-1，饱和Ca（OH）2溶液物质的量浓度约为0.02mol·L-1，若两溶液等体积混合，离子积Qc=c（Fe3+）×c（OH-）3=2.21×0.023=1.8×10-5远大于Fe（OH）3的溶度积{18℃时，Ksp[Fe（OH）3]为1.1×10-36， 25℃时，Ksp[Fe（OH）3]为4.0×10-38}，应立即出现沉淀。但笔者通过实验发现在10℃、 25℃、 60℃等温度下，将饱和Ca（OH）2溶液与饱和FeCl3溶液等体积混合后，均没有产生Fe（OH）3沉淀。若用激光笔照射，可观察到“丁达尔效应”。

图2 饱和Ca（OH）2溶液与饱和FeCl3溶液混合实验

原因是铝盐和铁盐既能水解生成氢氧化物胶体，与碱反应时，也能生成氢氧化物胶体。当水溶液中的离子积Qc大于溶度积Ksp时，可能会出现沉淀，也可能不会，应考虑到除溶液和浊液外，还有胶体这一分散系的情况。

3.4.3 金属钠与盐酸的反应

金属钠可以和水剧烈反应，反应的实质是钠与水电离出的H+离子发生氧化还原反应。有人据此推断，金属钠与盐酸的反应非常剧烈，盐酸浓度越大，反应速率越大。

通过实验证实[8]，金属钠与盐酸的反应并没有想象中的剧烈。当盐酸浓度在0.50mol·L-1附近时，反应速率最快;当盐酸浓度小于0.50mol·L-1时，盐酸浓度越大，反应速率增大;当盐酸浓度大于0.50mol·L-1时，盐酸浓度越大，反应速率反而变小。当盐酸浓度大于1.0mol·L-1时，钠与盐酸反应速率比钠与水的反应速率还小。

钠与浓度较大的盐酸反应速率变小，应该与生成的NaCl在盐酸中的溶解度变小，结晶析出有关。“理想化”地认为“盐酸浓度越大，钠与盐酸反应速率越大”，只考虑了反应物的浓度因素，而忽略了生成物结晶对反应速率的影响。

显然，化学反应异常现象不一定是误差或失误造成的，其背后可能隐含着实验者不知道的客观规律[9]。

4 结语

运用科学的方法进行化学探索推测是必需的，但要在坚持实验事实和规范的学科理论的前提下，综合多因素考虑问题，在化学教学中避免因“理想化”处理化学问题而出现错误的结论。应使思维建立在良好的判断基础上，使用恰当的评估标准对事物的真实性进行判断和思考[10]。因此，

须理想化但不“理想化”处理各类化学问题，

强化对学生科学思维、学科观念、创新意识、质疑能力、批判意识和科学精神的培养。

参考文献：

[1]严宣申. 化学实验的启示与科学思维的训练[M]. 北京： 北京大学出版社， 1993： 5.

[2]张新平， 陶洪涛， 孝衍娇. 氮与氯的非金属性比较研究[J]. 化学教育， 2017， 38（1）： 73～77.

[3]李国英. 一种新的轨道电负性标度[J]. 大学化学， 2001， 16（5）： 57～61.

[4]胡宏文. 有机化学（上）（第2版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2005： 83～84.

[5]黄泉生. 对教学中几个问题的探讨与思考[J]. 化学教学， 2015， （3）： 82～85.

[6]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1（第6版）[M]. 南京： 江苏凤凰教育出版社， 2015： 68.

[7]陈卫君. 醋酸溶解氢氧化铝的实验探究及理论分析[J]. 化学教学， 2015， （12）： 53～56.

[8]赵贤祥. 金属钠与盐酸反应的实验探究[J]， 化学教育， 2017， 38（15）： 66～67.

[9]凌一洲， 程鹏. 有价值的异常现象“微科技”课题的教学实施[J]. 化学教学， 2018， （3）： 34～37.

[10]刘彦章. 普林斯顿大学最受欢迎的思维课[M]. 北京： 民主与建设出版社， 2014： 14.