哈爾濱師范大學(xué)教師教育學(xué)院（150025） 龔 宇 吳 林

在人類(lèi)不斷認(rèn)識(shí)、了解和改造自然的過(guò)程中，科學(xué)和哲學(xué)逐漸形成和發(fā)展起來(lái)，二者不同的是，科學(xué)研究的主要內(nèi)容是某一具體領(lǐng)域的規(guī)律和本質(zhì)，而將這些具體的規(guī)律和本質(zhì)重新歸納和升華，并總結(jié)出理性思維的一般規(guī)律則是哲學(xué)研究的方向。由此可見(jiàn)，科學(xué)與哲學(xué)，雖有著表面的不同，但有著深層的統(tǒng)一?？茖W(xué)是哲學(xué)的基礎(chǔ)，哲學(xué)又為科學(xué)提供理論指導(dǎo)，兩者彼此滲透、相輔相成?；瘜W(xué)的研究對(duì)象決定了化學(xué)既是一門(mén)自然科學(xué)，又是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)。在不斷推動(dòng)教育改革的進(jìn)程中，培養(yǎng)學(xué)生高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求也逐漸被廣大教師所了解。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析、變化觀(guān)念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任［1］，這些核心素養(yǎng)不僅會(huì)使學(xué)生對(duì)化學(xué)有更加深刻的理解，而且為他們走向社會(huì)和終身學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“化學(xué)平衡”是化學(xué)體系中一個(gè)十分重要的內(nèi)容。在實(shí)際教學(xué)中，教師可利用哲學(xué)思想引導(dǎo)學(xué)生更好地理解變化觀(guān)念與平衡思想，培養(yǎng)宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析的能力并形成健康科學(xué)地認(rèn)識(shí)世界的態(tài)度。將哲學(xué)思想和高中化學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，是實(shí)現(xiàn)新課改提出的“五維目標(biāo)”的重要途徑。

一、利用“物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是永恒的”來(lái)理解化學(xué)平衡的本質(zhì)

世界由物質(zhì)組成，萬(wàn)事萬(wàn)物并不是絕對(duì)靜止的，而是一直處于永恒的變化中，即物質(zhì)的固有屬性是運(yùn)動(dòng)，而化學(xué)平衡即蘊(yùn)含了這種思想［2］。在一定條件下，許多化學(xué)反應(yīng)都不能完全進(jìn)行，當(dāng)可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定限度時(shí)，各物質(zhì)的量均不再改變，同種物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到一個(gè)相對(duì)靜止和穩(wěn)定的狀態(tài)，但這個(gè)狀態(tài)只是相對(duì)的，物質(zhì)一直在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)依然在進(jìn)行，這就是化學(xué)平衡的基本特征，也是判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，反應(yīng)物和生成物的濃度、物質(zhì)的量、體系壓強(qiáng)等物理量均保持不變且不為零，但從微觀(guān)角度看平衡狀態(tài)時(shí)的反應(yīng)物和生成物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換從未停止。在一定條件下，對(duì)于一個(gè)處于平衡狀態(tài)的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物與生成物之間滿(mǎn)足一種恒定比例關(guān)系，化學(xué)中將生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值稱(chēng)為“化學(xué)平衡常數(shù)”，常用Kθ表示（實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)用Kc或Kp表示）。同時(shí)，由于分子是絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物和生成物之間始終保持相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系，當(dāng)改變其中某物的濃度時(shí)，便會(huì)引起平衡移動(dòng)，而化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，因此濃度并不影響化學(xué)平衡常數(shù)的大小，即分子的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和特定條件下的平衡狀態(tài)構(gòu)成了既對(duì)立又統(tǒng)一的關(guān)系［3］。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以結(jié)合學(xué)生的原有認(rèn)知選擇合適的切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立起完整的學(xué)習(xí)體系和知識(shí)框架。

因?yàn)椤盎瘜W(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡”這一知識(shí)點(diǎn)比較抽象，所以學(xué)生理解起來(lái)較為困難。對(duì)此，教師要結(jié)合相關(guān)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，幫助學(xué)生去更好地理解。例如，借助U 形管壓力計(jì)，從一端緩慢注入密度均勻的液體后，通過(guò)調(diào)整U 形管的空間高度，讓學(xué)生觀(guān)察U 形管內(nèi)兩側(cè)液面的高度差。因?yàn)橐后w會(huì)在U 形管內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)將U 形管看成化學(xué)平衡中的可逆符號(hào)，教師就可以將抽象的動(dòng)態(tài)平衡概念轉(zhuǎn)化成直觀(guān)的圖形問(wèn)題，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)平衡學(xué)習(xí)體系［4］。教師指導(dǎo)學(xué)生從雙向辯證的角度分析化學(xué)平衡，內(nèi)容上由淺入深，結(jié)構(gòu)上層層遞進(jìn)，使學(xué)生在逐步積累相應(yīng)的化學(xué)理論知識(shí)、培養(yǎng)基本的辯證思維的同時(shí)，結(jié)合生活常識(shí)與新舊知識(shí)建立起一個(gè)完整的知識(shí)框架。這樣不僅可以增強(qiáng)化學(xué)的趣味性和可理解性，還可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)水平和思維意識(shí)水平的螺旋式上升。

二、利用“主次矛盾辯證統(tǒng)一”來(lái)理解化學(xué)平衡的宏觀(guān)表現(xiàn)

辯證唯物主義認(rèn)為，事物的發(fā)展變化過(guò)程中存在著多種矛盾，主要矛盾主導(dǎo)并決定著事物的發(fā)展，同時(shí)影響其他矛盾的存在和發(fā)展；而對(duì)事物發(fā)展不起決定性作用的矛盾則稱(chēng)為次要矛盾，處于從屬地位。主要矛盾和次要矛盾二者相互依賴(lài)、相互影響，并可以在一定的條件下相互轉(zhuǎn)化［5］。在高中化學(xué)教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用主要矛盾和次要矛盾關(guān)系原理，不僅可以使復(fù)雜問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，易于理解，還可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握化學(xué)基本規(guī)律，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效率。

以碳酸鈣和相同濃度的鹽酸、醋酸的反應(yīng)為例，通過(guò)觀(guān)察反應(yīng)放出氣體的速度不難發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣和鹽酸的反應(yīng)更快一些，這是由物質(zhì)本身的化學(xué)性質(zhì)決定的。物質(zhì)內(nèi)因?qū)瘜W(xué)反應(yīng)的影響處于主導(dǎo)地位，可看成主要矛盾。對(duì)于碳酸鈣和醋酸的反應(yīng)，加熱或提高醋酸濃度可以明顯加快二氧化碳的釋放速度。這是因?yàn)榇姿崾侨跛?，加熱可使醋酸向著電離的方向移動(dòng)，進(jìn)而提高溶液中氫離子的濃度，加快化學(xué)反應(yīng)速率；提高醋酸濃度也可使醋酸向著電離的方向移動(dòng)，加快化學(xué)反應(yīng)速率。加熱或提高濃度屬于外因。因此對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，不僅要考慮內(nèi)因，還要考慮外因，只有辯證地看待內(nèi)外因?qū)τ诨瘜W(xué)平衡的影響，才能真正了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，確立正確的平衡觀(guān)念。在教學(xué)中適當(dāng)?shù)貪B透辯證統(tǒng)一思想，是助力學(xué)生養(yǎng)成動(dòng)態(tài)化學(xué)習(xí)態(tài)度的重要途徑。另外，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決日常生活中常見(jiàn)的一些小問(wèn)題，例如“水垢的主要成分是碳酸鈣，如何去除水垢？”“為提高反應(yīng)速率可采取哪些方法？”，以建立化學(xué)學(xué)習(xí)和生活實(shí)際的聯(lián)系，提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

以N2+3H22NH3（正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)）為例，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，若向其中加入氮?dú)?，則平衡會(huì)向著氮?dú)鉁p少的方向進(jìn)行，即平衡正向移動(dòng)，但當(dāng)體系重新建立起平衡后，新體系中的氮?dú)獾臐舛群驮胶庀啾纫廊皇窃龃蟮?。根?jù)勒夏特列原理［6］“只要改變平衡體系的條件，平衡就會(huì)向著削弱這種改變的方向移動(dòng)，但不能完全抵消這種改變”，此時(shí)加入氮?dú)馐侵饕埽胶庹蛞苿?dòng)為次要矛盾?？梢?jiàn)，在分析外界條件的改變對(duì)化學(xué)平衡的影響時(shí)，要抓住問(wèn)題的主要矛盾，即外界條件的改變。該反應(yīng)中外界條件的改變與平衡移動(dòng)情況如表1所示。

表1 外界條件的改變與平衡移動(dòng)情況

在氨的實(shí)際生產(chǎn)中，雖然增大壓強(qiáng)會(huì)加快化學(xué)反應(yīng)速率并提高轉(zhuǎn)化率，但是與之矛盾的是壓強(qiáng)過(guò)高會(huì)使生產(chǎn)設(shè)備需要滿(mǎn)足的條件過(guò)于苛刻而難以實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)結(jié)合轉(zhuǎn)化率和設(shè)備成本兩個(gè)因素選擇合適的壓力（20～50 MPa）。升高溫度可以加快正逆反應(yīng)速率，但由于合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反而會(huì)導(dǎo)致平衡逆向移動(dòng)，使氨的平衡產(chǎn)率下降。為了提高單位時(shí)間內(nèi)氨的轉(zhuǎn)化率，綜合考量設(shè)備成本、產(chǎn)品收益等多方面影響，將實(shí)際生產(chǎn)溫度設(shè)置為500 ℃，此時(shí)溫度的變化是主要矛盾。催化劑鐵觸媒在500 ℃時(shí)活性最大，此時(shí)催化劑是主要矛盾。因此，氨的工業(yè)生產(chǎn)條件是：溫度為500 ℃，壓力為20～50 MPa，催化劑為鐵觸媒。主要矛盾和次要矛盾是會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化的，我們應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)區(qū)分主次矛盾，善于抓重點(diǎn)，集中力量解決主要矛盾，適當(dāng)關(guān)注次要矛盾，學(xué)會(huì)全面地看待問(wèn)題。

根據(jù)勒夏特列原理分析反應(yīng)條件的改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生具體問(wèn)題具體分析的能力，使學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，還可以幫助學(xué)生建立理論聯(lián)系實(shí)際的思想觀(guān)念。教師要引導(dǎo)學(xué)生抓住矛盾的主要方面，分清哪些是影響反應(yīng)的主要因素，哪些是次要因素，辨析事物間的相互聯(lián)系和制約，建立學(xué)習(xí)內(nèi)容和實(shí)際生活的聯(lián)系，建構(gòu)完整的學(xué)習(xí)框架和學(xué)習(xí)理念，更好地內(nèi)化知識(shí)。

三、利用“一果多因、同果異因”來(lái)理解等效平衡的含義及應(yīng)用

辯證唯物主義認(rèn)為，世間萬(wàn)物均存在普遍聯(lián)系且包含因果關(guān)系，化學(xué)中物質(zhì)的變化也是彼此聯(lián)系、相互制約并不斷變化著的?！耙还嘁颉敝敢粋€(gè)結(jié)果可能是由多種因素共同引發(fā)的?！巴愐颉敝甘挛锇l(fā)生的原因雖然不同，但結(jié)果相同。存在于世間的一切事件，無(wú)論是發(fā)生于自然界還是發(fā)生于社會(huì)，是物質(zhì)事件還是意識(shí)事件，它們一定是某種原因造成的結(jié)果；同樣地，任何一個(gè)現(xiàn)象和事件，它必然是一定結(jié)果的原因。

同一可逆反應(yīng)體系，不管是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，或是從中間狀態(tài)（既有反應(yīng)物又有生成物）開(kāi)始，都可以建立相同條件下的同一化學(xué)平衡狀態(tài)，且平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度對(duì)應(yīng)相等［7］。例如，恒溫恒容下，對(duì)于2SO2+O22SO3的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表2 所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)達(dá)到平衡時(shí)三個(gè)體系中各物質(zhì)的濃度均相等。

表2 各物質(zhì)加入量

又例如，恒溫恒壓下，對(duì)于2SO2+O22SO3的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表3 所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)達(dá)到平衡時(shí)三個(gè)體系中各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等物理量均相等。

表3 各物質(zhì)加入量

再例如，恒溫恒壓下，對(duì)于I2+H22HI 的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表4 所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)達(dá)到平衡時(shí)三個(gè)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、濃度等物理量均相等。

表4 各物質(zhì)加入量

由此可得出化學(xué)平衡很重要的一個(gè)特征：若改變平衡體系的一個(gè)條件，只要利用“一邊倒”原則進(jìn)行換算，使各物質(zhì)的初始物質(zhì)的量分別相等或?qū)?yīng)成比例，則平衡不發(fā)生移動(dòng)，兩個(gè)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同。可見(jiàn)，平衡的建立和途徑無(wú)關(guān)，不同的路徑可以得到相同的結(jié)果［8］。

總而言之，在高中化學(xué)教學(xué)中適當(dāng)?shù)貪B透哲學(xué)思想，充分挖掘化學(xué)教學(xué)與哲學(xué)思想的內(nèi)在聯(lián)系，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生從哲學(xué)的角度看待化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化，分清主要矛盾和次要矛盾，認(rèn)清兩者的辯證統(tǒng)一關(guān)系，可幫助學(xué)生樹(shù)立自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀(guān)念與平衡思想”核心素養(yǎng)，貫徹落實(shí)新課標(biāo)提出的核心素養(yǎng)要求。引導(dǎo)學(xué)生采用哲學(xué)的思維方式和理念對(duì)知識(shí)加以梳理，不僅能讓學(xué)生對(duì)化學(xué)有更為深入的理解，還能幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識(shí)體系，同時(shí)提升學(xué)生的邏輯思維能力。一旦學(xué)生了解并掌握了哲學(xué)思想在化學(xué)學(xué)習(xí)中的運(yùn)用規(guī)律，便會(huì)自發(fā)地將哲學(xué)思想應(yīng)用于其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，從而學(xué)會(huì)知識(shí)遷移，提高綜合素質(zhì)，樹(shù)立正確的人生觀(guān)、價(jià)值觀(guān)和世界觀(guān)。