运用辩证的思想解决化学问题（一）

辩证思想不仅是一种思维方式，也是一种哲学高度的世界观和方法论。高中化学教师必须坚持用辩证唯物主义的立场、观点和方法去分析处理教材，挖掘现行高中教材中蕴涵的辩证思想的丰富内容，指导学生学会善于运用辩证思想解决化学问题，这既是培养高中生辩证思考能力的切入点，也是提高高中生全面素质的关键点。辩证思想的魅力就在于应用联系的、发展的、全面的、矛盾的观点看待事物和分析问题，妥善科学地解决问题，这对于高中生将来生涯中处理各种矛盾和解决各种问题均有着重要的意义和导向作用。

主要观点：辩证思想是化学学科的基本思想，也是哲学的一种思想。辩证唯物主义的物质观、对立统一的思想、量变与质变的思想、一般与特殊的思想、内因与外因的思想、现象与本质的思想、联系与发展的思想、抽象与具体的思想等，都属于化学科特有的辩证思想。

一、辩证唯物主义的物质观

世界是物质的，物质的运动变化是永恒的。化学发展过程中一切发现、总结的规律均有力证明了这一真理。高中化学教学中如何引导学生看化学世界呢？ 

1．元素观是开启宏观世界认识物质的一条重要通道。

世界是物质的，物质都是由110多种元素组成的。从元素的视角看物质世界是化学学科特有的基本的思想方法。建立元素观，对物质世界的认识就会变得有序有条理。因为组成物质的元素是多样化的，组成方式也是丰富多彩的，这正是构成大千世界的根本原因。因此，在学习和研究具体物质时，运用元素观考察组成物质的元素是什么？该物质的类别是什么？该物质的核心元素是什么？该元素的可能价态有哪些？该物质的相关转化是什么？理解该元素为什么能够形成相关的物质？上述思维方式不仅能够指导具体元素或具体物质的学习和研究，而且能够进一步丰富化学物质观。

首先，以元素观为基础的组成决定物质的性质。如组成相同或相似的CO₂、SiO₂、NO₂、SO₂和ClO₂；Na₂CO₃和NaHCO₃；H₂CO₃、H₂SiO₃和H₂SO₃；H₂S和H₂O；HNO₃和HClO₃；H₂SO₄、K₂SO₄和KHSO₄等各组物质，仅仅相差1种元素，其性质则大庭相径。又如组成元素相同的Na₂O和Na₂O₂；H₂O和H₂O₂；O₂和O₃；CO和CO₂；NO和NO₂；SO₂和SO₃；H₂SO₃和H₂SO₄；Na₂SO₃和Na₂SO₄；HClO、HClO₂、HClO₃和HClO₄；HNO₂和HNO₃等各组物质，组成中仅增加了1个O原子，其性质则有所差异。教学过程中注意对各组物质的对比教学，有利于加深认识物质的性质与用途。

其次，建立以某元素为核心的物质家族。以物质为载体，元素为中心，转化为主线，这是具体物质学习的线索思路。如高一必修教材对具体物质的编排顺序为：钠及其化合物、氯及其化合物、铁及其化合物、碳及其化合物(碳的多样性)、氮及其化合物(氮的循环)、硫及其化合物(硫的转化)、镁及其化合物(海水中的元素)、硅及其化合物、铝及其化合物等均以物质家族的形式展开学习。如碳及其化合物的家族：碳单质有金刚石、石墨和C₆₀；碳的氧化物有CO和CO₂；碳的化合物有碳酸、Na₂CO₃、CaCO₃等碳酸盐、NaHCO₃、Ca(HCO₃)₂等碳酸氢盐；以碳元素形成的有机物在必修2中有CH₄、C₂H₄、C₆H₆、乙醇、乙酸等。以家族形式分类学习，物质不再是一盘散沙，而是一个有机整体，便于对比归纳总结全面掌握物质间的相互转化规律。

2．微粒观是开启微观世界认识物质的另一条重要通道。

化学是研究物质的一门科学，物质由不同微观微粒构成的，物质无限可分，大宇宙，小微粒，走进微观世界去研究物质，有其重要的意义和奇妙的作用。以下宏观物质与微观粒子的关系图就是从微观角度认识物质的思维导图，也决定了学习具体物质性质及其变化时必须遵循的微粒观。

物质微粒结构涵盖了原子结构、分子结构、晶体结构等，微观结构与每一种具体物质都有着密不可分的联系。因此，研究或理解具体物质的化学问题时，要全面深入微观世界去分析、解释、论证。物质的变化是构成物质的微粒间结合方式的改变，研究物质的微观结构变化，有助于理解掌握物质变化的本质。而物质组成的有关化学式和物质变化的有关化学方程式中均蕴含着各种微粒间的定量关系，注意挖掘微粒间的定量关系，可以巧妙且准确解决计算问题。如：分子、原子、离子都是保持物质化学性质的一种微粒，物质分类中的酸、碱、盐都有着自身的特征离子，酸的通性可理解为H⁺离子的性质；碱的通性可理解为OH^－根离子的性质；Cu²⁺离子的性质可以归纳为：①水溶液为蓝色，②与OH^－根离子反应生成蓝色沉淀，③可以把铁原子氧化为亚铁离子等。离子的性质决定物质的性质，从微粒的角度认识酸、碱、盐的性质，就是抓住问题的实质，就是一个学习捷径，可以提高学习效率。 

物质是宏观的，微粒是微观的。我们肉眼无法观察到的物质微粒，如何去感受、去学习？这就要求我们要深入微观世界去和微粒交朋友，去感受神奇的微粒世界。如空气是宏观物质，看不到，摸不着，如何验证我们这个空间确实有空气的存在？如何体验空气中确实有N₂、O₂等存在？用手推针筒的活塞挤压针筒内的空气，感受空气的压力。空气存在一定压力是什么原因？为什么空气能被压缩？这些现象说明空气中存在着微粒，它们之间有间隙，在被挤压时，间隙变小，使体积缩小；压缩到一定程度，微粒间的间隙很小了，就很难被压缩了。或许多可燃性物质在空气中燃烧，证明空气中有O₂分子的存在。或制取气体的实验装置气密性检查。等等。又如高中化学变化的两大支柱：离子反应和氧化还原反应均离不开微粒观。离子反应的本质是反应物中的某些离子浓度减小，从离子变化的角度有助于认识离子反应规律。氧化还原反应的本质是反应过程中有电子转移，从得失电子的角度有助于认识氧化还原反应规律。与此同时，在正确书写两类化学反应方程式时，除了要以客观事实为基础、遵循质量守恒定律外，很大程度上要决定于微粒变化的规律。

以上元素观与微粒观就是我们学化学认识物质世界的辩证思想，高中教学中要注意不断灌输和渗透。

例．(2013·浙江高考26)氢能源是一种重要的清洁能源。现有两种可产生H₂的化合物甲和乙。将 6.00g甲加热至完全分解，只得到一种短周期元素的金属单质和6.72LH₂(已折算成标准状况)。甲与水反应也能产生H₂，同时还产生一种白色沉淀物，该白色沉淀可溶于NaOH溶液。化合物乙在催化剂存在下可分解得到H₂和另一种单质气体丙，丙在标准状态下的密度为1.25g·L^－1。请回答下列问题：

(1)甲的化学式是_________；乙的电子式是__________。

(2)甲与水反应的化学方程式是________________________。

(3)气体丙与金属镁反应的产物是_______(用化学式表示)。

(4)乙在加热条件下与CuO反应可生成Cu和气体丙，写出该反应的化学方程式______    。

有人提出产物Cu中可能还含有Cu₂O，请设计实验方案验证之______。

(已知Cu₂O+2H⁺==Cu+Cu²⁺+H₂O)

(5)甲与乙之间_______(填“可能”或“不可能)发生反应产生H₂，判断理由是________。

解析：(1)化合物甲和乙都能产生H₂，由元素观知必含有H元素，由甲分解反应、甲与水反应的产物及反应现象知，短周期的金属元素为Al，由于Al元素只能是+3价，故H元素为﹣1价，可推知甲的化学式为AlH₃。甲加热分解反应AlH₃ 2Al+3H₂↑，6.00g甲分解得到0.3molH₂(0.6g)和5.4g(0.2mol)金属Al，验证成立。由丙的密度知：1.25g·L^－1×22.4L·mol^－1=28g·mol^－1，丙为N₂，乙催化分解反应为生成N₂和H₂，由元素守恒推知乙的化学式为NH₄H，其电子式：

 。

(2)由微粒观知，H^—阴离子与H⁺阳离子可进行归中反应，故甲与水反应：2AlH₃+6H₂O==2Al(OH)₃↓+6H₂↑。

(3)气体丙与金属镁反应的产物为氮化镁，由氮、镁元素价态可知化学式为Mg₃N₂。

(4)乙在加热条件下与CuO反应，相当于NH₄H分解生成的部分H₂还原CuO，故化学方程式为2NH₄H+5CuO 5Cu+N₂↑+5H₂↑。

因为Cu⁺在酸性溶液中不稳定，可歧化生成Cu²⁺和Cu。由微粒观知：证明产物Cu中是否含有Cu₂O只需证明溶液中有无Cu²⁺离子即可。正确答案：取少量反应产物，滴加足量稀硫酸，若溶液由无色变为蓝色，证明产物Cu中含有Cu₂O；若溶液不变蓝色，证明产物Cu中不含Cu₂O。

(5)化合物甲与乙可能发生反应：2AlH₃+2NH₄H==2Al+N₂↑+8H₂↑。因为甲与乙的组成中都含﹣1价H元素，H^—阴离子还原性很强，既可与NH₄⁺中+1价H发生归中反应生成H₂，又可还原AlH₃中+3价Al产生Al，故有H₂生成。

感悟：此题要求结合信息根据物质的组成判断物质的化学性质，然后考查正确书写各类化学用语以及设计实验、分析判断、计算等能力。试题涉及的甲与乙虽是新物质，但万变不离其宗，解题分析时仍离不开组成物质的元素与构成物质的微粒，利用元素观及元素的价态剖析物质的氧化、还原性等，可以顺利推测未知物和各种物质间的变化规律；利用微粒观及微粒的特性可以正确设计有关实验方案，进而全面理解本题所涉及物质的性质。

现场体验：(2013·山东高考28)金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。

(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是         

a．Fe₂O₃      b．NaCl      c．Cu₂S      d．Al₂O₃

(2)辉铜矿（Cu₂S）可发生反应2Cu₂S+2H₂SO₄+5O₂==4CuSO₄+2H₂O，该反应的还原剂是         ，当1molO₂发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为    mol。向CuSO₄溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是   。

(3)右图为电解精炼银的示意图，        (填a或b)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为      。

(4)为处理银器表面的黑斑(Ag₂S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag₂S转化为Ag，食盐水的作用为                                                     

答案：(1)bd

(2)Cu₂S；4；氢气

(3)a；NO₃^—+3e^—+4H⁺==NO↑+2H₂O

(4)做电解质溶液，形成原电池。

【专题强化训练】

1．(2013·天津高考7)X、Y、Z、Q、R是五种短周期元素，原子序数依次增大。X、Y两元素最高正价与最低负价之和均为0；Q与X同主族；Z、R分别是地壳中含量最高的非金属元素和金属元素。

请回答下列问题：

(1)五种元素原子半径由大到小的顺序是(写元素符号)       。

(2)X与Y能形成多种化合物，其中既含极性键又含非极性键，且相对分子质量最小的物质(写分子式)              。

(3)由以上某些元素组成的化合物A、B、C、D有如下转化关系       
  其中C是溶于水显酸性的气体；D是淡黄色固体。写出C的结构式      ；D的电子式          。

①如果A、B均由三种元素组成，B为两性不溶物，则A的化学式为   。

由A转化为B的离子方程式                                    。

②如果A由三种元素组成，B由四种元素组成，A、B溶液均显碱性。用离子方程式表示A溶液显碱性的原因                          。 

A、         B浓度均为0.1mol·L^－1的混合溶液中，离子浓度由大到小的顺序

是                      ；常温下，在该溶液中滴加稀盐酸至中性时，溶质的主要成分有              。

答案：1．(1) Na﹥Al﹥C﹥O﹥H  (2)C₂H₂

(3) O=C=O； 

①NaAlO₂    AlO₂^—+2H₂O+CO₂==Al(OH)₃↓+HCO₃^—或

2AlO₂^—+3H₂O+CO₂==2 Al(OH)₃↓+CO₃^2—

②CO₃^2—+H₂O  HCO₃^—+OH^—   

c(Na⁺)﹥c(HCO₃^—)﹥c(CO₃^2—)﹥c(OH^—)﹥c(H⁺)

NaHCO₃、NaCl、CO₂

2．(2013·江苏高考16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO₃，含少量FeCO₃)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：

 

(1)MgCO₃与稀硫酸反应的离子方程式为                     。

(2)加入H₂O₂氧化时，发生反应的化学方程式为             。

(3)滤渣2的成分是         (填化学式)。

(4)煅烧过程存在以下反应：

2MgSO₄+C  2MgO+2SO₂↑+CO₂↑

MgSO₄+C MgO+SO₂↑+CO↑

MgSO₄+3C MgO+S↑+3CO

利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。

①D中收集的气体可以是        (填化学式)。

②B中盛放的溶液可以是        (填字母)。

a．NaOH 溶液     b．Na₂CO₃溶液     c．稀硝酸    d．KMnO₄溶液

③A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4，写出该反应的离子方程式：                              。

答案：2.(1)MgCO₃+2H⁺==Mg²⁺+CO₂↑+H₂O

(2)2FeSO₄+H₂O₂+H₂SO₄==Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

(3)Fe(OH)₃  

(4) ①CO  ②d   ③3S+6OH^— 2S^2—+SO₃^2—+3H₂O