高中化學(xué)中的微觀思維及培養(yǎng)

田勝勇

摘 要：化學(xué)高考越來越注重對學(xué)生學(xué)科思維的考查，高中化學(xué)教師在日常教學(xué)中應(yīng)當(dāng)順應(yīng)這種改變，培養(yǎng)學(xué)生用微觀思維來理解物質(zhì)變化，從而實現(xiàn)學(xué)生整體、全面的素質(zhì)提高。

關(guān)鍵詞：學(xué)科思維;微觀思維;守恒思想

學(xué)生經(jīng)常會有這樣的疑問：平時課堂上所學(xué)的知識，在高考試題中很少涉及，那我們高中的學(xué)習(xí)是為了什么？高考是學(xué)科思維的考查，而學(xué)科思維就包括微觀思維，既包含物質(zhì)的溶解、水解、電離等物理變化過程，也包含中和、水解、氧化、還原等化學(xué)變化過程。要能準(zhǔn)確把握物質(zhì)變化的本質(zhì)，就應(yīng)從微觀的角度去理解和把握變化過程。

一、微觀思維的考查

1.微觀變化過程

微觀是相對宏觀而言。宏觀只能描述現(xiàn)象，微觀才能解釋本質(zhì)。用微觀思維來理解變化過程，能幫助我們回答物質(zhì)的變化到底是怎么進(jìn)行的。這種靠微觀思維來理解物質(zhì)變化的考查，高中考題中無處不在。

如，【2019全國卷Ⅲ第26題節(jié)選】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備。工藝如下圖所示。

（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為 ? ? ?～6之間。

【解析】以Fe（OH）3為例，F(xiàn)e（OH）3通常以沉淀的形式存在，但如果Fe3+和OH-的濃度很低，比如c（Fe3+）=0.1mol/L，只要pH不高于1.5，即c（OH-）≤10-12.5mol/L，該溶液也只是Fe（OH）3的不飽和或者飽和溶液。如果c（OH-）增大，則變?yōu)镕e（OH）3的過飽和溶液，沉淀也開始產(chǎn)生。當(dāng)pH=2.8時，隨著Fe3+不斷沉淀，最終c（Fe3+）≤10-5 mol/L，即認(rèn)為Fe3+沉淀完全。

同理，c（Al3+）=0.1mol/L時，pH=3.4開始形成沉淀，pH=4.7時Al3+沉淀完全。而本題的目的是只沉淀Fe3+和Al3+，所以pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為4.7～6之間。

2.守恒思想

守恒思想是人的重要意識體現(xiàn)，其意義在于讓學(xué)生認(rèn)識到客體即使外觀發(fā)生了變化，但其特有的屬性不會改變。這就要求能夠進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)的微觀世界，去理解化學(xué)變化中的質(zhì)量為什么會恒定？氧化還原反應(yīng)過程中的電子是如何轉(zhuǎn)移？溶液中的陰陽離子的電荷完全中和等，守恒思想是微觀思維的重要表現(xiàn)形式。

2.1電荷守恒：溶液中的陽離子所帶的正電荷與陰離子所帶的負(fù)電荷相等，溶液呈電中性。

如【2019全國卷Ⅲ】11.設(shè)NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值。關(guān)于常溫下pH=2的H3PO4溶液，下列說法正確的是（ ）

A.每升溶液中的H+數(shù)目為0.02NA

B.c（H+）=c（H2PO4-）+2c（HPO42-）+3c（PO43-）+c（OH-）

C.加水稀釋使電離度增大，溶液pH減小

D.加入NaH2PO4固體，溶液酸性增強(qiáng)

其中B選項，H3PO4溶液中陽離子只有H+，陰離子有H2PO4-、HPO42-、PO43-、OH-。離子濃度乘以每個離子所帶的電荷數(shù)是相等的。學(xué)生若具備電荷守恒思維，就能快速準(zhǔn)確地得出結(jié)論。

2.2未知方程式的書寫過程對守恒思維的考查：未知方程式的書寫嚴(yán)格按照依據(jù)題意判斷主反應(yīng)物和主產(chǎn)物→依據(jù)電子守恒完成氧化還原反應(yīng)部分配平→依據(jù)電荷守恒完成離子部分配平→依據(jù)原子守恒完成整個方程式的配平順序。

如【2019全國卷Ⅲ第26題節(jié)選】

【解析】根據(jù)題意可以判斷該反應(yīng)的主反應(yīng)物和主產(chǎn)物：MnS+MnO2+H2SO4-S+MnSO4，其中MnS中的S體現(xiàn)還原性，MnO2體現(xiàn)氧化性，1 mol 的MnS失2 mol e-，1 mol 的MnO2得2 mol e-，依據(jù)電子守恒確定MnS和MnO2系數(shù)都為“1”。再根據(jù)原子守恒依次配MnSO4、H2SO4的系數(shù)“2”，MnS+MnO2+2H2SO4-S+2MnSO4。并最終確定產(chǎn)物有2mol H2O生成，MnS+MnO2+2H2SO4=S+2MnSO4+2mol H2O

二、微觀思維的培養(yǎng)

化學(xué)學(xué)科思維不是一朝一夕培養(yǎng)起來的，這就要求我們教師在日常教學(xué)中把握基礎(chǔ)教學(xué)的每一個機(jī)會，不斷地指導(dǎo)學(xué)生去理解、探索物質(zhì)變化的微觀過程。

1. Na作為金屬性很強(qiáng)的金屬，在化學(xué)反應(yīng)中都表現(xiàn)為強(qiáng)烈的失去電子的還原性。投入水中，H2O作為弱電解質(zhì)發(fā)生：H2O?H++OH-，H+具有一定氧化性，得到電子轉(zhuǎn)化成H2，溶液剩下Na+和OH-。由于H2～2e-～2H+～2H2O，故Na的系數(shù)確定為“2”。

2. 用飽和食鹽水來代替H2O進(jìn)行實驗。由于H2O的濃度降低，Na接觸H+的機(jī)率降低，反應(yīng)速率減慢。

3. 對于NaCl飽和溶液，即為Na+和Cl-的飽和溶液。在NaOH生成過程中伴隨著Na+濃度的增大和溶劑H2O的量的減少，形成NaCl過飽和溶液，從而溶液變渾濁，有部分晶體析出。

教師對化學(xué)方程式的解讀不應(yīng)該只停留在膚淺的宏觀物質(zhì)變化上面，而是要帶著學(xué)生走進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的微觀世界，從電子、離子、原子的角度去理解變化過程，尋找化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。每個方程式都是生動有趣的“活”的個體，都理應(yīng)成為我們教學(xué)中的重要資源。

教育的最終目的是育人，是對人的思維的鍛煉和培養(yǎng)的過程。化學(xué)課程的本質(zhì)就是如何利用化學(xué)學(xué)科資源培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維，從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)，由此實現(xiàn)人的進(jìn)步與提高。