由物理公式解决化学问题浅谈学科间联系

许俊生

摘要：本文利用库仑力公式来帮助学生理解化学选修3中离子键强弱、金属键强弱、氢键形成及强弱判断等基本概念，以及利用物理和化学基本公式推导物质的量的浓度与质量分数关系公式，让学生认识到学科间的互通性，并由此联想到化学与其他科目之间的联系。

关键词：库仑力公式 离子键 金属键 氢键 互通思想

在解决化学问题的时候，我们通常会用到其他学科的知识，这是因为学科间是相互关联的。如果我们在教学中能结合应用，那将对学生各科的学习都有帮助，学习效果会更好。

一、用库仑力公式理解离子键、金属键键能强弱以及氢键形成

（一）用库仑力公式理解离子键、金属键强弱

化学选修3化学键部分介绍了三种化学键，其中共价键的键能可以直接由键长来判断。而像离子键、金属键键能如何判断呢？能否用学过的物理知识来帮助理解相关内容呢？

大多数学生通过背诵来记忆“离子所带电荷越多、离子半径越小，离子键越强”，金属键类似只是将阴离子换成自由电子，但是并不理解为什么是这样。其实在高二学习选修3《物质结构》的时候，物理科目的电磁场相关内容已经学习过了，这个时候可以结合物理知识来理解这一部分内容。物理电场中的库仑力公式可以很好地帮助我们理解这一部分内容。库仑力公式：F=kQ1×Q2r2（k=8.9880×109N·m2C2）。其中F就是库仑力大小，K是常数，Q1和Q2分别表示离子化合物的阴阳离子所带电荷多少或者金属晶体阳离子和自由电子所带电荷，而r表示阴阳离子中心距离，对金属晶体来说r的数值主要取决于阳离子半径的大小，这样就比较容易理解为什么“离子所带电荷越多（相当于公式中Q1和Q2数值大），离子半径越小（相当于公式中r数值小），形成离子键越强（公式中F值大）”，也就比较容易理解为什么第一主族从Li到Rb金属的熔沸点会降低（因为自由电子相同，碱金属离子都带一个单位正电荷，而同主族从上往下，离子半径增大会使得公式中r增大从而F减小，金属键减弱，破坏起来更容易）。

（二）利用库仑力公式理解氢键的形成

利用库仑力公式不仅可以解释离子键和金属键强弱，还可以理解氢键形成与强弱。氢键的形成简单理解是，当一种电负性很强的元素原子与氢元素原子之间形成共价键时，共用电子对会偏向于电负性强的原子而偏离于氢，这样会使得很多时刻氢的质子暴露出来，相当于带正电，而电负性强的原子相当于带负电，然后相邻分子间产生较弱的静电作用从而形成氢键。这样我们也可以根据库仑力公式来理解氢键形成和强弱：（1）要想形成氢键，首先要求另一个元素电负性值比较大，否则不会出现共用电子对明显地偏离于氢而使得两个原子形成公式中的Q1和Q2。（2）由于氢键不是化学键，作用力比较微弱，作用范围也较小，因此公式中r要比较小，和氢形成共用电子对的元素原子半径要比较小。

根据上述要求，能满足条件的只有N、O、F三种元素（其他元素，如C的电负性较小，不能形成明显的Q1和Q2，而Cl的半径r值大，F值小），而且我们根据公式中r大小可以判断出单个氢键强弱：H…F>H…O>H…N

以上就是利用物理库仑力公式来理解《化学》选修3中离子键、金属键、氢键的相关知识。有了库仑公式，我们就不用死记硬背相关定义，能够从根本上理解离子键、金属键强弱及氢键形成和强弱，知识点掌握得更牢固。

二、物质的量的计算中物理公式的应用

物质的量及其相关计算在高中化学知识中属于需要重点掌握的内容，其中很多公式与推导都需要应用物理的基本公式。例如：常用的物质的量浓度（c）与质量分数（ω）、密度（ρ）之间关系的公式：c=ρωM，我们就可以用化学及物理相关的基本公式进行推导。首先，物质的量浓度c=nV，又根据物质的量与质量的关系n=m質M及物理公式中溶液体积与质量、密度的关系V=m液ρ，可推导得c=m质/Mm液/ρ，再根据质量分数公式ω=m质m液推导得c=ρωM。

学生会应用基本化学及物理公式推导常用公式，既可以加深对公式的理解，又能注意到公式细节的变化，公式掌握得更加牢固。常见的其他一些基本物理公式如理想气体状态方程：pV=nRT，电量和电流、时间公式：Q=It 等公式在化学中也有着广泛应用，可以帮助我们理解和推导相关化学公式。

三、由物理公式解决化学问题看化学与其他学科间的联系

大家都知道高考改革的一个重点就是文理不再分科，很多学生一开始很茫然，不知道高考改革后应该怎么对待选考科目。其实我们在学习中应该认真地对待每一门学科，因为学科间的相关性是很强的，如果能融会贯通，那对自己的学习会有很大的帮助。以化学科目为例：

语文学科可谓是所有学科的基础，就化学学科而言，化学知识点的阅读、化学用语的使用，甚至化学用品的命名都离不开坚实的语文基础。我们要重视语文学习，提升自身的阅读和写作能力，这样不仅可以提高语文成绩，对其他各科包括化学在内都是大有助益的。

数学学科对大部分学科来说都属于“工兵”学科。化学课堂教学及学生学习化学的过程中，有很多化学问题需要依靠数学知识来解决，一般的化学计算中常用到的有列方程式或方程组;而像浓度变化与时间关系，化学反应速率与时间变化关系，化学反应的能量变化与过程关系通常都要应用函数图像来表示;选修3《物质结构与性质》中晶体部分知识要用到立体几何的相关知识。学生利用相关数学知识来解决具体的化学问题是非常方便的，同时对学生来说，解决以上问题是学科间联系的一个重要体现，有利于培养学生的学科综合能力。

英语和语文一样是语言学科，用于阅读和交流。学好英语对于其他学科的学习有着很大帮助，例如化学学科，如果英语水平高，对于元素符号，各种简写的理解和掌握就将更加容易。就学习持续性来讲，进入大学后，我们不仅要阅读中文文献，而且需要阅读相关的英文文献，这时学生的英语阅读能力将起到非常大的作用。

本文一开始探讨物理公式是如何解决化学问题的，化学与物理之间是有密切联系的，学好物理对于学习化学有极大的帮助，而且今后进入大学更能体现这一点。老师在教学过程中要引导学生注意这种学科间的相互联系，有助于学生建立综合的学习观念，让他们感受到在化学中借用物理的思维及方法往往能收到非常好的效果。

21世纪是生化的世纪，生物科学和化学科学之间更是形影不离。如溶液的pH变化与植物根毛区的离子交换、化学变化与沼气发酵池中的生物知识、食物腐败中的氧化还原反应与微生物的关系等，化学和生物两科学习有很多相互关联和知识互补，学习时建立两科相关知识点联系对两科学习都有很大的益处。

综上所述，高中阶段各个学科之间有着密切的联系，教师在教学过程中要注意引导学生通过化学知识点建立与其他学科知识点的联系，相互渗透、交叉和综合，培养学生综合运用知识分析和解决问题的能力。学生在化学学习中也应该注意和其他学科相结合，帮助化学以及其他学科的学习，有时在解题时用到其他学科思想有可能收到意想不到的效果，让自己能更快速、更准确地解决相应的题目，对知识的理解能更上一层楼，更容易实现预期的目标，这样也正好符合新高考的理念。

参考文献：

熊云贵.培养学生理科综合能力的探索[J].化学教育，2002（3）.