——〔美〕爱德华
化学学习,贵在得法。当代著名的科学家和科学史学者贝尔纳曾经指出:“良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能,而拙劣的方法则可能阻碍才能的发挥。”化学研究如此,化学学习也是如此。化学学习方法历来为人们所注意,是化学学习论的重要议题之一。
化学学习方法有其特点和发生、发展过程。本章在概述其形成、特点和分化的基础上,总结、论述各种常用的化学学习方法,并结合高考化学试题的特点讨论化学学习方法的科学选择和优化问题。
一、化学学习的综合方法
化学学习的综合方法是以学习经验为基础,结合学习目标、学习内容和学习者的特点,在某种学习思想指导下,按照一定学习策略和方式,由若干种化学学习基本方法结合而成的。
化学学习综合方法的结构因素中,学习策略处于关键的地位,它体现化学学习的指导思想,决定各种学习方法的主要差别,是化学学习综合方法的精髓所在。
1.机械记忆学习方法
这是一种低水平和低效率的学习方法。它以记忆感知材料为学习的终结,因而无需进行复杂的思维活动。在遇到问题时,通过回忆、再现感知材料来解决;若涉及未曾感知的材料,问题就不能解决,需要进行新的一轮学习。这种学习方法在某些场合,例如学习化学元素符号、某些复杂物质的化学式以及某些孤立的化学事实时仍可以应用。其模式为:
感知阅读
听课
观察等重复感知、机械记忆问题回忆、再现
2.接受—内省—复现学习方法
学习内容除了以言语信息形式直接呈现外,还常常提供样例,让学习者通过思维加工和模仿练习、实验来领会、体验学习内容,形成认知结构而记忆学习内容;在遇到问题时先进行识别,判断该问题属于哪一种已经学习过的问题类型(有时还要先把问题做适当的变换,以便识别),然后按照学习过的问题解决模式进行练习或实验作业活动来解决问题,进一步通过概括来形成、发展学习经验和体验,掌握学习的规律,这种学习方法的模式为:
感知言语
信息、观察
实验和样例
思维加工、
实验、练习领会
体会记忆问题变换
识别
模仿复
现(练习、
实验)概括(经验、
体验、规律)
3.探索—发现学习方法
学习者自主地通过假设、检验等发现性学习活动来解决问题,通过概括问题解决过程来形成正面和反面的学习经验与体验,通过概括问题解决的结果来形成化学知识和技能等。这种策略也可以简称为探索学习策略或者发现学习策略。其模式为:
感知问题收集资料(实验、练习、观察)假设检验概括
正反经验、体验
化学知识、技能或者
感知问题假设收集资料(
实验、练习、观察)检验概括
正反经验、体验
化学知识、技能
4.问题解决学习方法
这种方法跟发现学习方法比较相似,但是解决问题的意识和色彩较强;在解决问题时比较多地依赖已有化学知识经验,例如,常常要根据已有知识经验把问题变换成适当的形式,在作出假设时也比较多地应用已有化学知识经验;再者目的也稍有差别:发现学习方法偏重于形成学习过程的经验与体验,问题解决学习方法偏重于获得化学知识和技能。问题解决学习方法的模式可表示为:
感知问题变换收集资料(阅读、观察、实验、练习等)假设检验
概括
化学知识、技能、
化学学习经验或者
感知问题
变换假设收集资料(阅读、观察、实验、练习等)
检验概括
化学知识、技能
化学学习经验
5.归纳和演绎学习方法
在学习个别样例的基础上,用归纳方式进行推论和验证,然后作进一步的概括,形成新的知识经验。这是归纳的学习方法,其模式为:
感知个别样例归纳推理活动验证概括,形成新的知识经验
演绎学习方法。则是在已经学习作为演绎前提的知识基础上进行演绎推理和验证,进一步概括形成新的知识经验:
学习前提知识演绎推理验证概括,形成新的知识经验
6.分步学习方法
当学习的内容较多或者问题较大、较复杂时,为了便于学习和减少学习困难,先把学习内容或者问题根据其内在联系分解成若干个较小的部分,逐个学习和解决,然后再把各部分综合起来:
学习对象分解逐个学习综合
7.集体学习方法
集体学习方法的特点是学习者在个别学习基础上进行相互之间的横向交流和讨论活动,用集体的感知来丰富个人的感知,用集体的讨论来改进个人的内省,用集体的概括来修正、丰富、强化个人的概括,并且在学习者之间形成多向的交叉反馈。当学习者有相同的学习目标、相近的知识经验基础,能够有效地进行横向交流时,这种方法能够取得较好的效果。
某些学习方法的相互结合还可以形成新的更为高级的学习方法,例如归纳——演绎学习方法、分步发现学习方法等等。
二、化学主要知识点学法导航
1.物质的组成、性质、变化学法导航
(1)联系对比,区别易混淆的相关概念
概念之间,有的“同类”,有的“对立”,我们宜对“同类”概念抓“异”(不同点)的挖掘,对“对立”概念抓“同”(相同点)的开发,以揭示其内涵,把握其外延,提高复习效率。
所谓“同类”概念,即概念之间有某些相同的含义,如“同位素、同素异形体、同分异构体、同量素、同系物、同类物、同一物”;“溶解平衡、化学平衡、水解平衡、电离平衡”;“加热、微热、高温、煅烧、灼烧、自燃”;“酸性的强弱、酸的强弱、酸的浓度、pH”;“蒸馏、分馏、干馏”;“电离、电解、电镀、电泳、通电”;“水化、水解、水合”等等,对这些“同类”概念,可列表比较,分析异同,以便于理解记忆。
所谓“对立”概念,即概念之间有彼此相反而截然对立的概念,如“化合与分解”、“氧化与还原”、“中和与水解”、“溶解与结晶”、“加成与消去”、“电解池与原电池”、“电解质与非电解质”等,将它们联系对比,也是一种行之有效、深化并掌握概念的重要方法。
(2)发散联想,深刻理解各章节相关概念
有些基本概念,它是用化学知识解释问题进行思维加工的细胞,又是解释各种化学现象本质的基础,故有些概念的理解,可联系教材体系进行广泛联想,多方位糅合,以提高复习质量。如物质的组成联想四种晶体类型联想组成晶体的微粒联想分子、原子、离子、自由电子联想电子式联想元素周期表中元素的位置联想2电子或8电子结构,这样可引人入胜,消除乏味感,激发求知欲,诱发内驱力,达到融会贯通的“领悟”境界。
2.化学常用计量学法导航
化学中的常用量,特别是以“物质的量”为中心的相关概念,必须深刻理解和灵活掌握。(1)对相关概念的理解求“准”
有的常用量,比如“相对原子质量”,靠死记硬背是不能把握的,必须分清什么是“原子的相对原子质量”、“原子的近似相对原子质量”、“元素的相对原子质量”、“元素的近似相对原子质量”等,它们相对谁?绝不能含糊;再如有关的浓度:“物质的量浓度”、“质量分数”、“体积分数”等,都是一定条件下溶液浓度的表示方法,它们有区别、有联系,也不能混淆。
(2)对相关概念的运用求“活”
对相关概念的适用条件必须灵活掌握,如“气体摩尔体积”,该概念的使用条件为标准状况下的气体,若为固体(如SO3)或液体(如CS2、HF、己烷等)则不存在该概念;又如质量守恒定律的使用范围是反应物与生成物的原子个数的相等关系,如果物质之间并不是恰好反应,那过量的部分就不存在该概念。
3.氧化还原反应和离子反应学法导航
在现行教材中,有关的化学反应和离子反应方程式,有近200个。这么多的反应原理,我们怎样才能掌握并运用它们呢?
(1)带着问题学
学习化学反应不能靠死记硬背,带着问题学,才能刻骨铭心。比如,浓食盐水氨化至饱和并在适宜温度时通CO2会得到小苏打晶粒,而浓食盐水通CO2至饱和并在相同温度时再氨化却得不到小苏打晶粒,为什么?浓KCl的溶液氨化至饱和在适宜温度时通CO2也得不到KHCO3晶体,又为什么?再如,Mg(HCO3)2溶液与Ca(OH)2溶液反应后的沉淀为什么是Mg(OH)2而非MgCO3,ZnCl2溶液与Na2S溶液反应为什么生成ZnS而非Zn(OH)2等等。若是氧化还原反应,可联想到电子转移的方向和数目;若属非氧化还原反应,可“扫描”四种基本类型,并由此究其反应的原因。
(2)对反应原理要“活学活用”
有的反应的实现,可能有多种途径,即“条条大路通北京”,关键是这些路线你学得活不活,用得活不活。比如,CCO这一条转化线你能想到“几条路”?提供氧元素的物质均是氧化剂吗?①与单质O2作用,O2是氧化剂;②与非金属氧化物作用,在高温下,CO2或H2O(g)也是氧化剂;③与金属氧化物作用,CuO或Fe2O3等是氧化剂,而在反应CaO+3C高温CaC2+CO↑中,CaO却不是氧化剂;④与盐作用,盐(比如高温下固态BaSO4)也是氧化剂:BaSO4+4C高温BaS+4CO↑。
4.原子结构和元素周期表学法导航
(1)熟知基本概念,掌握规律和方法
要求掌握以下几点:①基本概念,如质量数、同位素、相对原子质量等;②结合新发现的元素或同位素进行微粒间数量关系的考查,起点高,落点低;③电性关系;④数目确定,如一定质量(或物质的量、体积)的离(分)子中某一微粒(如质子、中子、电子)数目的确定;⑤半径关系(同周期、同主族、同电子层结构的原子或离子)。这就要求我们明确概念的内涵和外延,明确构成原子、离子和分子的各基本微粒间的数量、电性、质量关系,归纳半径比较规律(如原子半径大小关系),能由表及里递进式地确定离(分)子数—原子数—质子、中子、电子数。
(2)元素周期表是学习和学好化学的工具和指南
利用元素周期律对元素周期表进行迁移应用,就能以熟知的短周期元素为源,推测陌生或未知的元素及其化合物的结构和性质。
(3)把握“位、性、构”关系
熟悉推断元素的常见“题眼”(原子结构特征、状态特征、性质特征等),形成解元素推断题的一般思路。
5.化学键和分子结构学法导航
(1)学习本单元要注重概括和总结
构成每一大块基本理论的内容庞杂,需要记忆的概念、原理很多,容易遗忘。为了巩固记忆,就要梳理概念,找出其内在联系,通过概括,织成概念网,强化记忆。
网中的箭头表示导向或主从关系或曰“知识键”;符号“”表示知识块。这种以“链”“块”构筑的知识体系,就是反映知识点内在联系的关系网。
图6-1
(2)牢牢建立“结构决定性质”的意识
如晶体的结构决定其物理性质:离子晶体、原子晶体、金属晶体熔化时均需破坏化学键,故熔、沸点一般较高,分子晶体熔化时只需削弱分子间作用力,故熔、沸点一般较低。又如NH3的分子结构决定了其易溶于水、易液化、易与H+反应等性质。
(3)融数学(立体几何)、物理知识于一体的综合性结构分析、推断、计算题在高考中屡屡出现,其对策是加强空间想象能力和三维空间思维能力的培养。
6.化学反应速率和化学平衡学法导航
学习本单元需要着重掌握以下问题:
①计算反应速率,②反应速率的图示分析,③平衡状态,④平衡标志,⑤平衡移动,⑥平衡图像分析。其中等效平衡的比较、判断及应用数学方法对化学平衡原理进行理论分析是针对考生思维能力要求较高的试题。
学习本单元应突出以下重点:
①一个原理(勒沙特列原理),一个关键(变化浓度—用于有关化学平衡的计算),一个应用(化学反应速率和勒沙特列理论的应用)。②两种条件。影响反应速率的条件(温度、浓度、压强、催化剂);影响化学平衡的条件(温度、浓度、压强)。③三个概念,三个目的。(化学反应速率研究反应快慢;化学平衡研究反应完成程度;平衡移动研究平衡改变的方向)
学习本单元需要注意分清改变压强后,平衡混合气的颜色变化是由于平衡移动引起的(如2NO2
N2O4),还是由于平衡不移动,但是体积变化导致了浓度变化而引起的(如H2(g)+I2(g)2HI(g))。
要掌握增加反应物的量和浓度,对平衡转化率的影响。
T、V恒定,增大任一反应物的量和浓度,都可使平衡向正反应方向移动,但是反应物的转化率的变化却不尽相同,具体分析为:
①反应物只有一种的反应如aA(气)bB(气)+cC(气),增加A的量和浓度,平衡右移,但是A的转化率变化有三种可能性:
a.若a=b+c,A的转化率不变;
b.若a>b+c,A的转化率增大;
c.若a2∶3,因Ba(OH)2消耗完仍为a∶b=2∶3时的沉淀量。由此据极值(1)解完。
②a∶b≤1∶2时,因Ba(OH)2过量,要以明矾的a值计算为准,所以数据要用a的关系。生成沉淀只有BaSO4,其量由KAl(SO4)2计应为2aSO2-4即2aBaSO4。
③找两极值之间区域,Al(OH)3渐溶时的关系,即找a∶b在两标准反应之间的比例关系,实际由①②综合即得;
2∶3≥a∶b≥1∶2时
(a)生成BaSO4的量,因明矾SO2-4耗尽,沉淀BaSO4量仍为①所得,即b。
(b)生成Al(OH)3被溶后剩余的量:原有由①来a(摩)Al(OH)3,它在生成要消耗OH-为(摩)。即相当于把原b(摩)Ba(OH)2,用去32a(摩)。所以多余的Ba(OH)2为b-32a(摩),即多余OH-为2b-3a(摩)。
由反应Al(OH)3+OH-—AlO-2+2H2O可知多余的(2b-3a)OH-要溶去(2b-3a)Al(OH)3。
∴剩余Al(OH)3为a-(2b-3a)=4a-2b
把上述关系整理后的答案是(单位:摩):
a∶b≥2∶3时,生成Al(OH)3为23b,BaSO4为b
2∶3≥a∶b≥1∶2时,生成Al(OH)3为4a-2b,BaSO4为b
a∶b≤1∶2时,生成BaSO42a
6.侧向思维和转化法
有些题目,由正向求解或逆向求解都受阻,此时用侧向思维往往容易找出关系得以解答。有时还会遇到单纯由题目所述按常规解法非常繁琐,若将其转化为相关易解关系或加以变形则可以速解。这些方法以解答选择题和快捷填空时较为常用,因为命题者就要求速解。
〔例11〕已知硫化钠、亚硫酸钠和无水硫酸钠的混合物中,含硫质量百分数为25.6%,则含氧的质量百分数是%。
思路:本题似与例1同理,但它是三种物质的混合物,其中一种没有氧,所以不能照搬。这时可以采用变形法,将其转化为:
“Na2S、Na2SO3、Na2SO4”
据Na2S中质量比Na2:S=2×23:32,今有S25.6%,故必含Na36.8%。则含氧%为100%-25.6%-36.8%=37.6%。
〔例12〕有体积为V毫升、密度为d克/厘米3的溶液,含有分子量为M的溶质m克,其质量百分比浓度为W%,摩尔浓度为C摩/升,则下列表示它们之间关系正确的是()。
(A)C=1000WdM(B)C=1000mVM
(C)m=VdW100(D)W%=CM1000d%
思路:本题不是难题,但按照给出的几种量相互推导是比较费时间的。若把字母转化为数字(单位要对),回套可以加快解题速度。这是把抽象转化为具体的方法之一。选用代字母的数据时不妨找最有把握的,又是最简易的。如本题可代入最熟悉的纯水。即水的分子量是18;V毫升设为1000毫升,其质量m是1000克,质量百分比浓度当然是100%。摩尔浓度可用1000克即1升水含水的摩尔数导出(或平时就已记住了这一重要数据)。即为55.6摩/升(由1000÷18摩/升而来)。
将这些数据分别代入各选项,如(A)选项为C=100WdM=100×100×118≠55.56,不正确。(C)选项为m=VdW100=1000×100×1100=1000正确。代入其他试之,得答案为B、C。
〔例13〕将10克硫完全与氧反应,另10克硫完全与氢反应。把反应后的气体混合,可生成硫的质量是()。
(A)20克(B)15克
(C)10克(D)5克
思路:
本题可按常规计算,但较费时。若采用把具体转化为抽象的方法,可以心算得出答案。即把10克硫用x摩代替(同元素质量比等于摩尔比)。各x摩S必分别可得x摩SO2x摩H2S。
从2H2S+SO2—3S+2H2O可知SO2过量,由xmolH2S应得1.5xmolS的关系,可见应得硫10×1.5=15(克)答案为B。
7.归纳法、演绎法与迁移法
归纳和演绎是最常用的科学方法。将诸多相关问题进行归纳往往能找到规律,也便于检索和记忆。演绎可由此及彼,在研究和发现中甚为常用。迁移属于演绎的范畴,可举一返三,但必须有理有据,不得任意迁移。
〔例14〕同主族的单质和化合物有许多性质相似。例如,硫化物某些性质类似于氧化物,也有酸性、碱性和两性之分,如MoS3酸性、Na2S碱性、As2S3两性。请写出下列反应的化学方程式。
①Na2S溶液与CS2溶液混合振荡出现红黄色。
②Na2S与As2S3。
③Na2S2与SnS。
④Na2S与MoS3。
⑤Na2S与SnS2。
思路:本题主要用迁移法,演绎后解答。可设把硫代换成氧,锡代换为碳等熟悉的元素后,用已学知识解决未学的实际。
①Na2S+CS2—Na2CS3(硫代碳酸钠)类似Na2O与CO2
②Na2S+As2S3—2NaAlS2类似于Na2O与AI2O3
③Na2S2+SnS—Na2SnS3把Na2S2看成类似Na2O2而具氧化性,SnS看成SnO因锡+4价稳定,在+2价时易向+4价转化而具明显还原性。Na2O2与SnO相遇应发生氧化还原反应,锡为与碳、硅同族的元素应具有一定非金属性,在高价时成酸,所以应生成类似Na2CO3的Na2SnS3。
④Na2S+MoS3—Na2MoS4类似Na2O与SO3
⑤Na2S+SnS2—Na2SnS3类似Na2O与CO2
四、提高化学实验技能的方法
1.提高实验操作技能的方法
要学好化学实验,必须掌握基本操作技能。任何一个化学实验都是由一个个基本操作组成,严格而规范的基本操作,是得到鲜明的实验现象和准确的实验结果的前提,是避免一切意外事故的保证。因而,要重视对实验操作知识的学习,练就过硬的基本功。
培养化学实验技能要注意以下几个方面。
(1)懂得仪器的使用
懂得仪器的使用,一要了解所用仪器的名称、用途和使用中的注意事项;二要学会使用仪器,即学会使用时的操作步骤和方法。
(2)提高操作技能
就是要明确操作的注意事项,掌握操作关键。实验操作技能与仪器使用技能有密切关系,并且两者之间没有截然分开的鸿沟,可以把实验操作的过程看作是有关的仪器操作的连接与组合。
那么,怎样才能提高实验的操作技能呢?首先要在模仿“示范”的基础上不断练习。对各种基本操作,老师都会作出示范演示,要认真听老师讲操作要点,仔细看老师如何规范操作并反复琢磨,对那些容易出问题的地方更要特别注意,然后加以模仿。当然这种模仿不能是单纯、机械的模仿,要在模仿练习中细心体会其中的窍门。在实验的过程中,要有意识地严格按各操作的基本要求去做。这样,我们对各种操作方法的模仿和练习由“生”到“熟”,又通过应用和总结由“熟”变“巧”,日积月累,便可养成良好的操作习惯。
2.提高实验结果分析处理技能的方法
(1)描述实验中的现象并进行如实的反映
首先是要如实反映实验现象。不能照抄照搬课本中的有关内容,而要反映实验过程的真实情况。当实验中出现的现象与预期不一致时,应该以实验中观察到的现象为准,并作出有关的分析说明;其次是要对实验现象进行正确的描述,有人把锌粒与稀硫酸反应的现象写成“有无色无味的氢气放出”就是错误的描述,因为只能看到“有无色无味的气体放出”,至于这种气体是不是氢气,并不是观察到的现象,而是需要进一步推理验证的结果。
(2)对失败的实验进行分析
化学实验,特别是探索性的实验,不一定一次就成功,此时,我们应该分析实验失败的原因,发现其中的隐含问题。3.提高化学计算技能的方法
化学计算是中学化学的重要内容。化学计算题是借助数学计算的方式从量的方面研究物质及其变化规律的一类习题,通过化学计算的学习,一方面可以掌握化学计算的技能,另一方面可以加深学生从量的方面对化学概念和原理的理解,进一步掌握物质的性质和变化规律,培养分析问题和解决问题的能力,更重要的是通过计算数学,培养学生将学到的数学知识应用到化学的研究上,加强学科知识间的渗透,全面提高学生的综合素质品质。
要学好化学计算,必须注意以下几个方面的问题。
(1)明确化学计算的根据
明确化学计算的根据就是要正确理解和掌握有关的基本概念、基本定律、一些化学量之间的相互关系式以及它们的适用范围和使用条件等。其中化学概念是化学计算的基础,因为化学计算是由化学概念的量引申出来的。化学定律主要是指质量守恒定律、阿伏加德罗定律等。由于化学计算的要求是把数学运算和化学知识有机结合起来,所以,我们在化学知识的学习过程中,必须要弄清楚概念的内涵和外延,认识概念间的关系,并注意灵活运用基本定律。
(2)规范解题的操作过程
①审题。
认真审题是完整理解题意和正确解题的关键。
②把化学问题转化为数学问题。
就是要寻找已知条件和判断各量之间的关系,并用数学的方式表达出来。
③数学运算过程。
④结论的得出及其检验。
就是对运算依据及其结果的正确性进行检验,并把数学语言转化为化学语言,作出恰当的回答。
(3)重视一题多解,力求巧解妙算
首先,要重视一题多解。化学计算的技能是一种高层次的智力操作技能,运用一题多解的方式去解决化学计算问题是一种很好的技能训练过程。重视一题多解要求我们在遇到化学计算题时,要认真分析可能出现的各种情况,运用基本概念、基本理论进行思维判断,严格加以科学论证,寻求符合题意的全部正确解法。一题多解的训练迫使我们开动脑筋,拓宽思路,多方思考,充分领略知识的结构以及各种解法的内在联系,不仅有助于培养我们化学计算技能水平,还会促进我们思维的广阔性、深刻性和创造性的发展。
其次,要力求巧解妙算。巧解妙算的前提有两个,一个是化学计算必须有多种解法;另一个是我们能在一题多解的基础上发现最简单最巧妙的解法,巧解妙算是我们进行一题多解训练的目的之一。
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