怎样进行化学基本理论的教学

化学基本理论和元素化合物的知识（包括有机化合物）构成了中学化学教学的主要内容。基本理论与元素化合物知识之间相互联系、协同促进学生认识能力的发展。在教学中基本理论起着贯通元素化合物知识，激活思路，理解本质的主导作用。基本理论的学习会加深对元素化合物知识的理解，使其系统化、网络化，促进知识的联想、迁移和应用。学生抽象思维能力的形成和发展，分析解答化学问题能力的提高，辩证唯物主义思想和科学方法的形成，都与化学基本理论的教学密切相关。

中学化学基本理论的教学内容可分为微观结构和宏观规律两方面， 它们是相互联系的。

近代原子结构理论



化学键与分子形成



微观结构晶体结构基本类型

有机化合物和高分子的结构

分散系——溶液和胶体

质量守恒定律



阿佛加德罗定律

化学能、热能、电能的转换

外界条件对化学反应速度的影响



宏观规律平衡移动规律——勒夏特列原理

无机反应基本类型

有机反应基本类型



离子反应和氧化还原反应

元素周期律——元素及其化合物结构与性质变化规律

为了使学生准确地、深刻地理解基本理论并能加以应用，在学习基本理论的过程中发展学生智力，培养能力。基本理论教学应注意以下几个方面。

一、要依从感性到理性、从具体到抽象的认识规律

1. 通过实验，运用元素化合物的知识，形成理论认识。例如，温度和浓度对化学反应速度的影响，教材多选用 Na2S2O3 和 H2SO4 的反应演示。该实验有以下特点：现象鲜明，易于观察；易于比较反应进行的快慢； 易于控制反应物的浓度。但是，Na2S2O3 学生没有接触过，与 H2SO4 的反应也不了解，教学中应先让学生认识反应的过程和现象，才可通过其在不同温度、不同浓度下的不同反应，认识温度、浓度对反应速度的影响。

又如，浓度对化学平衡的影响。课本选用了 FeCl3 溶液和 KSCN 溶液

的反应。也要先弄清楚 FeCl3、KSCN、Fe（SCN）3、KCl 等物质在溶液中的颜色和溶液颜色与溶液浓度的关系，才可进一步认识改变物质浓度对平衡移动方向的影响。为了说明降低反应物浓度平衡向逆反应方向转动，常在反应体系中加入还原铁粉以降低 FeCl3 的浓度，使平衡向逆反应方向移动。这种变化可以很容易地通过混合溶液的血红色变淡而观察到。但是，Fe3+可以氧化 Fe 而转变为 Fe2+；Fe2+在水溶液中呈淡绿色等， 学生尚未学习，因此，只有在补充了上述知识后，才可加以应用。即只有具备了一定的元素化合物知识，才能通过观察、思维，形成理论认识， 在教学中应充分注意。

1. 运用多种教学媒体，以实物、模型、图像、投影、计算机模拟等诱发学生联想，理解理论内涵，掌握规律方法。

有机化合物的同分异构现象和同分异构体的判定对于初学有机化学的学生有一定的难度，难点在于对平面结构式建立起立体空间观念，学习伊始即应打好基础。如一氯甲烷不存在异构体，

若展示一氯甲烷的球棍模型，与四种结构式写法比较，学生会立即否定一氯甲烷有四种异构体的想法，并为今后认识有机化合物的同分异构现象奠定了以三维立体空间为思考出发点的思路。

理论规律的掌握要通过反复思考、练习、应用逐步深化，这个过程以思维训练为主。仍以同分异构现象为例，让学生回答下面的问题：甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构， 其理由是下列的哪一项：

（A）CH3Cl 不存在同分异构体

（B）CH2Cl2 不存在同分异构体

（C）CHCl3 不存在同分异构体

（D）CH4 是非极性分子

（E）CH4 中的四个价键的键角和键长都相等。

在众多学生的答案中均只选（B）。其实，如果甲烷是平面正方形结构，其键角为 90°或 180°（从正交的两个平面看），不应都相等，因此（E）也是理由之一。可见，模型起着直观导入的作用，深化则要展开思维。

理论教学要切忌只停留在形象手段上，否则会出现难以想到的错误。在教学中曾运用氢原子的电子云图，了解电子在氢原子核外出现的几率从而认识电子云的涵义。当问到“从氢原子电子云图上看，其原子核外有多少个电子？”有的学生竟回答有几百个甚至几千个电子。很明显，这是对电子云图只停留在直观感觉上而没有进行正确的抽象思维加工的结果。

1. 联系实际，运用比喻，突破难点。

联系学生已有的知识和生活实际，运用事物间的相似性，通过以甲喻乙，由此及彼，以降低理论学习的难度，使学生尽快地从具体事物过渡到抽象思维，理解事物本质，建立理论概念是理论教学常用的方法。

这里，关键在于突破难点。譬如，有关可逆过程的动态平衡的性质和特征（如化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解平衡等）常用蓄水池进出水流的速度与池内蓄水量的变化之间的关系比喻化学平衡系统中正、逆反应速度与组分百分含量变化的关系；用蚊虫逐灯、蜜蜂采蜜、氢原子核外电子照片叠印等比喻模拟电子运动，想象电子云的形象；以“头碰头”、“肩并肩”比喻电子云重叠方式等。应当明确，比喻具有“启发入门”、“搭桥过渡”的作用，利于学生接受理论，而不是理论本身。要注意不可滥用比喻。

二、运用归纳、演绎方法形成理论，发展思维

化学基本理论与元素化合物之间存在着内在的、本质的、统一的联系。基本理论的教学，一方面以元素化合物知识为实际材料，通过归纳演绎的方法建立理论概念和规律；另一方面又要通过基本理论分析研究具体的元素化合物的结构、性质、用途，系统地掌握元素化合物的知识。两者相互依存，相得益彰。

（一）归纳

1. 由元素化合物知识归纳概括理论规律

元素周期律的教学是采用归纳事实形成规律的典型实例。由原子最外层电子排布的周期性、原子半径变化的周期性、元素主要化合价变化的周期性、由碱金属钠到惰性元素气体氩的典型的性质递变和突变、氢氧化铝的两性等大量化学事实，归纳得出元素性质随原子序数递增呈现周期性变化的规律以及同一周期、同一主族原子结构和元素性质变化的规律。

由元素化合物知识归纳概括形成理论规律是化学基本理论教学最常用的教学方法。在归纳的过程中，渗透着矛盾的普遍性寓于矛盾的特殊性之中的辩证观点，是培养学生从特殊到一般的归纳思维能力的最佳教材。

不可忽视的是，应用归纳方法形成规律要使学生领会到个性包含着共性，通过个性认识共性。但要认识到个性有些性质能反映共性的本质， 但也不是所有性质均为共性的反映。在化学学科中，从一定数量个别事例中概括出来的理论规律，不一定是所有个体的共性。这是学生在学习理论，应用理论时的一个突出的难点，常犯“以偏概全”的错误。学生常说“化学中的特例太多”。如“所有原子的原子核都是由质子和中子构成的（氢原子除外）”“所有非金属氧化物都是酸性氧化物（CO、NO） 除外”“烃基和羟基直接相结合的化合物属于醇类（芳烃基除外）”等。在理论教学中，教师应通过实例和学生易进入的“误区”，通过练习给予订正、补充，使学生逐步学会正确的进行归纳推理，全面地掌握理论规律。

1. 以基本理论为指导，归纳、概括元素化合物知识

元素化合物知识约占现行中学化学教学内容的 50％以上。教材的编

排，基本理论与具体知识穿插交错，这就为以理论为指导，对元素化合物知识进行系统归纳，使之贯穿于全部化学教学之中提供了条件。

譬如同素异形体的判定，多数学生采用个别记忆的方法。学习了物质结构理论以后，可引导学生应用所学理论，归纳同素异形体的分类判定方法：①单质分子中原子个数不同②晶体结构不同③气态单质（除氧外）一般不出现同素异形体。④金属元素的同素异形体中学教学中不作要求。

为了便于学生系统地掌握重要的非金属气态氢化物，如氯化氢、硫化氢、氨、水、甲烷等；中学教学涉及的某些氢化物如氟化氢、溴化氢、碘化氢、磷化氢、硅化氢、砷化氢、硒化氢、碲化氢等的结构与性质的关系，可从分子构型与主要化学性质之间的联系进行归纳总结。

表 8 氢化物分子构型与重要性质

依据上述氢化物分子构型与性质的关系可归纳下列几点：

1. 稳定性与分解难易的关系

氢化物越稳定，越难分解；氢化物越不稳定，越易分解。并可由稳定性推断气态氢化物的形成条件。

1. 氢化物分子构型→电荷分布的对称性→分子的极性→极性的强

弱

1. 分子极性的强弱水→水溶性大小→相似相溶规律。

2. NH3、H2O、HF 沸点的异常、极易溶于水与氢键的关系。

（二）演绎

演绎是指应用一般规律解答特定问题的过程，是从一般到特殊的思维过程。应用物质结构理论、反应速度与平衡移动规律、电解质溶液理论、无机物反应规律、有机反应基本类型等理论解答相应具体问题，一般都采用演绎推理方法。通过理论教学应使学生在逻辑思维方法方面受到训练和教育。

根据理论规律进行推理、判断以及预测时要着重教育学生理论成立的条件（前提）和应用范围，这一点至关重要，对于化学理论规律的应

用，显得尤为突出。要抓住典型事实，通过学生自己的思考练习，正确运用理论，发展思维能力。

譬如，化学平衡移动规律中压强对平衡的影响。规律的叙述为：在其它条件不变时，增大压强，平衡将向气体体积减小的方向，即气体分子数减少的方向移动；减小压强，平衡将向气体体积增大的方向，即气体分子数增加的方向移动。这里，应用规律的前提有三点：①反应体系中必须有气体，②反应前后气体物质的分子数不相等，③改变压强的措施应为增大反应体系的体积或缩小反应体系的体积。第③点易被忽略， 因为采取其它措施改变体系压强上述规律不一定适用。例如，二氧化硫催化氧化反应在密闭容器中已建立平衡：

若向密闭容器中增加一定量的 SO2，则平衡体系压强增大，平衡向正反应方向移动，符合上述规律适用。若向密闭容器中增加一定量的 SO3， 则体系压强同样会增大，但由于提高了生成物 SO3 的浓度，平衡将向逆反应方向移动。可见，改变压强的措施不同了，失掉了原来规律成立的前提条件，原来的规律不再适用。

理论规律成立的前提和适用范围，往往是很细微的问题，不得掉以轻心。处理得当，对培养学生思维的严密性极为有益，请看下例。

“在 1 升纯水中加入 8 滴 0.1 摩/升的盐酸，溶解均匀后，取出 1 毫升，加水稀释至 1 升，问最后所得稀溶液的 pH 值是多少？”（每滴为 1/20毫升）

这里有三种计算方法：

1. 先算加入 HCl 的物质的量：

0.1×8×

1 ×10^-3 = 4×10^-5 （摩）

20

再算加入 HCl 后溶液的浓度：

4×10-5÷1=4×10-5（摩/升）

最后算稀释后的浓度及 pH 值

［HCl］ = [H ⁺ ] = 4×10^-5 ×

1

1000

÷1 = 45×10^-8 （摩 / 升）

pH=-lg［H+］=-lg（4×10-8）=7.4

这个结果是不可思议的。为什么酸溶液的 pH 值会大于 7？问题出在没有考虑水的电离。用水稀释时，水的［H+］=10-7（摩/升），比计算结果的 4×10-8 还要大。可以这样理解，当酸（或碱）的浓度在相当大的条件下，水的电离才可忽略不计。现在酸的浓度太小，仅为 4×10-8（摩/ 升），水电离提供的［H+］不可不计。

1. 计算水电离出的［H+］：

   H2O H++OH-

［H+］=10-7（摩/升）

HCl 电离出的［H+］=4×10-8（摩/升）

［H+］的总和=4×10-8+10-7=1.4×10-7（摩/升）

pH=-lg（1.4×10-7）=6.85

以上算法也有错误，忽视了水的电离平衡的移动，即加入的酸对水的电离平衡的抑制作用，即实际上［H+］应小于 1.4×10-7。

1. 设水电离出的［H+］=x（摩/升），则[OH-]亦等于

   x（摩/升）。溶液中［H+］总和=x+4×10-8（摩/升）

则有：（x+4×10-8）×x=10-14 x=0.82×10-7

pH＝-lg［H+］=lg（0.82×10-7）=6.91

分析三种结果，可以得出下列结论：当加入酸电离产生的［H+］＞7

×10-6 时，忽略水的电离；当加入酸电高产生的［H+］＜10-8 时，忽略水电离的影响，PH 值可确定为 7；当加入酸电离产生的［H+］在 10-6～10- 8 之间时，选用第三种计算方法。

在高中阶段，学生的化学知识积累和抽象思维能力都有可能多采用演绎推理的方法进行教学，以利于促进学生智能的发展。

三、坚持理论联系实际的原则

化学基本理论教学首先要做到与元素化合物知识相联系，认识元素化合物的结构、性质、制取方法以及在生产、生活、科技各个领域的用途；了解化工原理、工艺条件的选择以及化学科学发展的历史成果和当代化学科学技术的最新发展。

如果从 1823 年道尔顿提出原子论作为近代化学的起点，化学对物质及其组成结构的认识已走进了一个有自己科学理论的时代。

20 世纪末期，化学在原子、分子水平的理论研究已获得了突出的重大成果。1962 年英国化学家巴特利特根据理论推断认为 Xe+（PeF6）-应当存在，结果获得了成功，在实验室的条件下，合成了第一个稳定的惰性元素化合物，揭开了惰性气体元素化学新的一页。超导材料和高温超导材料的制取和应用是 20 世纪整个一个世纪世界科研的尖端课题。自

1911 年荷兰科学家发现汞的超导现象以来到本世纪 90 年代，我国科学院物理所和世界许多研究机构已制备出了临界温度高于 90K 的超导材料， 使其在实际应用方面迈出了一大步。1989 年米兰的安聂里合成了第一个分子梭，一个带正电的分子环自动往返于两个对苯二酚的残基之间，并测定了频率为 500 次/秒。1990 年波兰的毕达斯基维茨合成了世界上的第一个分子列车，其频率为 300 次/秒。化学已经是在原子、分子水平上具有完整理论体系、推动世界高新科学技术发展的一门科学。

化学科学的理论与技术的发展是和世界最新科学技术的发展紧密联系、相互推进、相辅相成的。当今的化学科学不仅在地球表面重力场的作用下研究化学过程，并已开始系统地研究物质在磁场、电场、光能、电能、声能的作用下的化学变化，并已开始了在强辐射，太空失重、高真空等的条件下化学过程的研究。

今天的化学已不是单纯的、孤立的、理论研究的学科，它和国民经济、社会生活紧密联系的各部门、各学科、各个技术领域相互渗透。生物科学、生命科学、能源科学、环境科学以及高新技术的发展也为化学研究提供了技术手段，也带来了新的课题。例如，由于检测仪器灵敏度

和选择性的不断提高，20 世纪八十年代对某些样品量的检测要求可降至10-13 克。当血浆中的四氢大麻醇的含量降至 10-11 克/毫升的水平，化学家仍能准确地检出它的存在，成为运动员因服用兴奋剂而被取消成绩的法定事实。

四、要注意掌握教材的深广度

要依照教学大纲的要求确定基本理论的教学内容，不应随意拓宽和加深，避免增加学生过重的课业负担。如大纲中已删除的电子亚层、电子排布式、化学平衡常数、电离平衡常数及其涉及的弱电解质电离平衡的计算、弱酸弱碱的水解、卤代烃等内容不可纳入教学内容。即使是在高中三年级总复习时也不应以提高学习能力引入教学。但是，要把有目的的，有针对性的练习解答某些对扩大学生视野、发展学生能力有益的信息给予题目（新情境题）与把大纲以外的理论内容引入教学加以区别。