化学教学不能变成玩数学游戏

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1、化学教学不能变成玩数学游戏黄明建摘要化学教学中常会涉及到数学计算，但是，化学毕竟不是数学。在运用数学知识探究化学问题时，如果不以保障化学知识的科学性为前提，只热衷于解题的技巧性，就可能变成了玩数学游戏，甚至与培养学生科学思维的初衷相背离。有道流行的电解硫酸铜和氯化钠混合液的试题就是一例。在化学教学中，常常涉及的定量分析或定量计算都要用到数学知识，尤其是研究一些规律性的问题时，建立一个数学模型会起到事半功倍的效果。但是，化学毕竟不是数学。因为在化学研究中，数学知识的应用必须以化学知识为基础，否则就会“差之毫厘，失之千里”。在数学上：1＋2＝3是无可置疑的；而化学上可以是

2、：1＋2＝2，甚至可以是1＋2＝1。例如：O2+2NO=2NO2即1molO2与2molNO反应可生成2mol；C2H2+2H2→C2H6即1molC2H2与2molH2可加成反应合成1molC2H6。又例如，有些教辅书刊上呈现的化学题，在主观上想将化学知识与数学知识有机的融合在一起，并强化思维训练的技巧性。应该说，这是一种很好的设想，是值得倡导的。但这种题的设计如果不以保障化学知识的科学性为前提，就可能变成玩数学游戏，甚至与培养学生科学思维的初衷相背离。例如下面这道电化学方面的试题：【题目】用惰性电极电解250mL含NaCl和CuSO4的混合溶液，接通直流电源一段时

3、间后，在阴极和阳极上分别收集到11.2L气体（标况下），则原溶液中含NaCl的物质的量浓度不可能是（A）0.5mol/L（B）1mol/L（C）1.5mol/L（D）4.0mol/L【本题答案】D【本题的设计思路】以溶液中的离子在电解过程中的放电次序为基础，要求学生能通过两电极上气态产物的量推测电子转移量以及对应离子在溶液中浓度的极限关系，以考查学生的逻辑思维能力。【解题思路】解答该题需要两个前提作支撑：1．阳极上是Cl－优先于OH－放电（被氧化），且只有全部Cl－在阳极上氧化之后，再由OH－放电；阴极上是Cu2+优先于H+放电（被还原）。2．阴、阳极上发生转移的电子

4、总数相等。根据流行的教辅书刊介绍，在惰性电极上，阳离子在阴极上的放电次序是：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+……在惰性电极上，阴离子在阳极上的放电次序是：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根（如SO42－、CO32－等）＞F－解题过程可表述为：假设——推断——结论。假设——阳极上的11.2L气体全部是Cl2。那么阴极上是否会产生11.2LH2呢？不可能！因为阴极上首先析出的是Cu不是H2，由于阴、阳极上得失电子总数相等，这样在阴极上产生H2的量就必然少于11.2L。故得出结论——上

5、述假定不成立，阳极上的气体也不可能全部是Cl2。推断——阳极上产生的气体只能是Cl2和O2的混合气体，且共为11.2L。这样产生的Cl2就不可能达到11.2L（0.5mol），即溶液中c(Cl－)的取值范围应小于0.5mol×2/0.250L，所以c(Cl－)＜4mol/L，故最终结论——选D。分析至此，假如上述电解过程中离子的放电次序没有问题，该题在落实电化学基础知识以及思维技巧性训练的设计上堪称完美。遗憾的是，问题恰恰出在与化学相关的知识——离子的放电次序上。命题人把精力较多地投放在数值处理的技巧上，机械的套用离子的放电次序，而忽视了化学原理的科学性。我们来看看相

6、关的标准电极电势φ°（25℃）电对（氧化态/还原态）电极反应φ°/VNa+/NaNa+＋e－＝Na－2.714H+/H2(Pt)2H+＋e－＝H20.00O2/OH－O2＋2H2O＋e－＝4OH－+0.401Cl2/Cl－Cl2＋2e－＝2Cl－+1.358O2/H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O+1.229表中数据显示，应该是OH－比Cl－更易放电（被氧化），支持上面解题思路的前提不能成立。因此，由相应前提推出的结论也就无科学性可言了。换句话说，仅依据上面题目提供的信息，实际上无法确定溶液中c(Cl－)的取值范围。那么，流行书刊中关于阴离子的放电次序是否错了呢？也

7、不是，只是那个放电次序的成立另有前提。例如，在氯碱工业上就可以实现Cl－优先于OH－放电。我们不妨顺便了解一下氯碱工业是如何实现Cl－优先于OH－放电的。一是增大c(Cl－)，控制c(OH－)——精制饱和食盐水，因为增大c(Cl－)可降低氯在阳极上的电极电势。二是“通过选择合适的阳极材料，使氧在阳极上具有高过电位，氯具有低过电位，最终在阳极上氯的实际放电电位低于氧。例如，Cl－在90℃时的放电电位为1.288V，若用石墨作阳极则氯的过电位为0.25V（i＝10A/dm2），因此氯的实际放电电位应是1.288＋0.25＝1.538V。而OH－在石墨阳极