数字在中学化学学习中的妙用

郑金清

摘 要：中学化学核心知识是物质之间的变化，物质间能否发生变化，变化时物质间有无物质及量多少的问题是困扰很多同学的问题。用数字来剖析离子共存、与物质的量多少有关系的反应、铝单质和含铝化合物与酸碱的性质反应，使学生从数字角度认识化学。

关键词：数字；化合价；离子共存；两性

很多中学生进入高一化学的学习后倍感吃力，迷茫于众多物质间能否发生反应、反应有无物质及量多少问题、铝单质及化合物是否都有两性等等。我们教师也把精力、时间倾向于这些知识的传授和相关习题的讲评，但效果都不理想。学生课堂上能听得懂，课后自己分析或考试独立完成时却都是一头雾水。其实在繁多的化学物质中存在一些容易被我们忽视的标签式的数字，它们是化合价、离子所带电荷数和电性、酸的元数等。这些数字对学生学好化学有化繁为简，便于理解和记忆的作用。我想通过几个事实来诠释这些数字的妙用。

元素是构成物质的基体，元素在构成物质时会体现出化合价。化合价能直观地反映出物质的性质，一般有：（1）在氧化还原反应中元素处于最低价有还原性，处于中间价既有氧化性又有还原性，处于最高价有氧化性化合价；（2）同主族元素若化合价相同，命名类似，如：KClO3中氯元素显+5价称为氯酸钾，KIO3中碘元素显+5价则称为碘酸钾。若有I4O9被称为碘酸碘，就知道该物质有碘酸根且是3个，故可写作I（IO3）3另外，在氧化还原反应中利用化合价的升降相等这个定量关系来进行方程式的配平。通过对化合价的这些特点掌握能大大拓宽学生的化学物质世界，认识更多的化学反应并逐步形成学好化学必备的观点之一——元素及元素转化观。

化学反应大部分以水作溶剂，电解质在水中发生电离，给出阴阳离子。同性相斥，异性相吸的自然规律在化学这门自然哲学一样具有普适性。一般的同电性离子相遇不反应，异性离子间若能结合成弱电解质或难溶性物质就能发生反应。如：在酸性溶液中可能大量存在Na+、ClO-、SO2-4、I-离子组吗？即这组离子在有H+条件下能否发生反应？要考虑的是Na+分别与ClO-、SO2-4、I-三者的关系，而不是考虑它们三种同性离子能否反应。因Na+与ClO-、SO2-4、I-结合得到的物质均为可溶性钠盐，不造成离子数减少，不反应，可以共存。但溶液中还有H+，H+能与ClO-结合成弱酸HClO造成离子数目减少。故这组离子不能大量共存。利用离子所带电荷电性能判断离子间能否共存，利用离子所带电荷数还能判断物质之间反应有无物质及量多少问题，即会不会因某种反应物多加少加而有不同的产物。如：H+与ClO-均带一个电荷，不管双方加入量多少产物都只有一种情况；而换成H+与CO32-，H+带一个电荷，CO32-带两个电荷双方相遇时，就存在物质的量的不同，产物不同的问题。若酸少，发生H++CO32-=HCO-3的反应，若酸多则发生2H++CO32-=H2O+CO2↑用在具体的物质反应中例如HCl一元强酸与CaCO3反应制得二元弱酸H2CO3（常写作），一元酸就要消耗两倍于二元酸的量。学生学习离子反应时，若能从离子带电性和带的电荷数入手，将能对繁多的化学反应有更实质性的认识。

铝元素在高中化学中有Al、Al2O3、Al（OH）3、Al3+（铝盐）、[Al（OH）4]-（四羟基合铝酸盐）五种存在形式，不少学生纠结于谁有两性、谁与酸、碱有物质的量多少问题。甚至干脆误以为它们的性质：都有两性、与酸碱都有量的问题。我们来观察上述铝元素的五种形式，它们在水溶液中Al、Al2O3、Al（OH）3是不带电的，它们遇酸——H+必然生成Al3+，且不存在酸的量多少问题（因为没有Al+、Al2+存在）；它们遇碱——OH-必然生成[Al（OH）4]-且也不存在碱的量多少问题，因此Al、Al2O3、Al（OH）3有两性而无量的多少问题。铝盐在水中电离出Al3+，Al3+带3个正电荷，它必然不怕酸——H+正正相遇不反应，它怕碱——H-阴阳离子正负电荷相遇发生反应，有+3+（-1×3）=0，+3+（-1×4）=-1的关系，即：Al3++3OH-=Al（OH）3↓，Al3++4OH-=[Al（OH）4]-

四羟基合铝酸盐在水中电离出[Al（OH）4]-，[Al（OH）4]-带1个负电荷，它必然不怕碱——OH-负负相遇不反应，它怕酸——H+阴阳离子正负电荷相遇发生反应，且有-1+（+1）=0，-1+（+1×4）=+3的关系，即：[Al（OH）4]-+H+=Al（OH）3↓+H2O，[Al（OH）4]-+4H+=Al3++4H2O因此Al3+（铝盐）、[Al（OH）4]-（四羟基合铝酸盐）没有两性问题，而与酸或碱有物质的量多少问题。这样就把铝单质及其化合物与酸碱的关系理清了，也可以进一步把这种与酸碱的关系用数轴一目了然地表示。如下图：

化学反应可以全部分为氧化还原反应和非氧化还原反应，在氧化还原反应中因为有电子的转移所以一定有化合价的升降，存在数字及数字变化；在非氧化还原反应中大部分在水溶液中进行，即离子反应，有离子也存在数字及变化。在学习化学的过程中注意这些标签式的数字，便了解这些数字的使用规则，相信学生能将化学解题游戏玩转起来。

编辑 杨兆东