聽小孩哥破解化學(xué)方程式的秘密

又是新的一周，我和羅羅再偷個懶，繼續(xù)跟孩子約稿了一篇：化學(xué)。

每次開頭，我們兩都會不厭其煩重復(fù)說：我們兩不是教育博主也不是專家，我們寫的內(nèi)容談不上專業(yè)，更不能成為萬精油。僅僅是輸出一些不同角度的思考，便于大家也打破自己的“既定路線”，一起開闊思考下。我們更多的是養(yǎng)育和教育方法的思考，但看拿云學(xué)習(xí)的過程中，會發(fā)現(xiàn)他在學(xué)習(xí)方法上會有一些自己的切入點和總結(jié)。不論養(yǎng)育還是學(xué)習(xí)，具體的方法都不能照搬，但借鑒一些思路，都是相通的。希望拿云的這篇分享，可以幫助到弟弟妹妹們找到自己學(xué)習(xí)化學(xué)的方法和節(jié)奏。

下面是來自我和羅羅向拿云約的文章，這篇文章是他昨晚花了一個半小時寫的，也許會有筆誤和遺漏，但是我們不會去動他文字，保持原文。

引子：為什么化學(xué)需要“背”？

很多同學(xué)剛開始學(xué)化學(xué)時，都會有一個共同的困惑：那些像天書一樣的化學(xué)方程式到底是什么意思？ 為什么反應(yīng)要寫成這個樣子？為什么兩邊的原子數(shù)目一定要相等？背下它們似乎成了學(xué)習(xí)化學(xué)的唯一方法。

這不怪我們，首先從化學(xué)教育方面，化學(xué)課時少（一周三節(jié)左右）、最多初中只學(xué)兩年、起步晚，大部分學(xué)生沒基礎(chǔ)，課堂講得快，與生活接觸少，所以難以理解了，不像數(shù)學(xué)從小學(xué)到初中整整九年的循序漸進——從日常分蛋糕到分數(shù)，再到分式方程；從買菜到加法再到四則運算。

其次，化學(xué)是一門實驗科學(xué)，基于實驗提出假設(shè)，做實驗驗證假設(shè)。很多時候化學(xué)家也只知道“是這樣的”，不知道“為何這樣”，但即便如此，也無需死記硬背，我們需要培養(yǎng)化學(xué)興趣、化學(xué)思維，像學(xué)習(xí)語文一樣大量閱讀（化學(xué)科普內(nèi)容、有趣的元素介紹），培養(yǎng)化學(xué)“語感”，悟出化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律。

我們至今都無法解釋很多化學(xué)現(xiàn)象的確切原因，但是我們?nèi)匀挥欣碚摳嬖V我們這樣發(fā)生的道理，借助這些理論就可以減少記憶量——當(dāng)然，實驗科學(xué)里的實驗部分，為了學(xué)術(shù)交流的規(guī)范性、統(tǒng)一性，實驗儀器的用途和名稱肯定是需要記憶的，就像數(shù)學(xué)大部分內(nèi)容都是理解后推導(dǎo)應(yīng)用但概念仍然必須記憶準確一樣。

合理使用教材上的理論、從小培養(yǎng)對化學(xué)的興趣與“語感”（多看化學(xué)科普書，例如對元素性質(zhì)和運用的科普書）、借助比喻來理解，適量熟悉考試題目，就可以實現(xiàn)少背、理解、多做對的目標了。

化學(xué)抽象的開始：化學(xué)方程式

就像數(shù)學(xué)終究不可能停留在幾個蘋果的研究深度，任何理論都需要一定的抽象才能實現(xiàn)歸納總結(jié)現(xiàn)實里的現(xiàn)象，例如語言是把現(xiàn)實里有著細微差別的一些東西抽象為了詞匯；數(shù)學(xué)是把物體極度抽象為均以、平等、相同的“數(shù)”的概念，并引出更多的數(shù)，探索數(shù)的固有屬性等等。

化學(xué)方程式是化學(xué)變抽象的開始，也是讓學(xué)生覺得開始“上難度”的地方。化學(xué)方程式可以描述更多的實際現(xiàn)象，因此也不局限于日常中簡單的木頭燃燒的描述了；化學(xué)方程式代表的一個反應(yīng)過程，但是物質(zhì)的反應(yīng)非常多，為什么“是這樣”而不是“那樣”呢？化學(xué)方程式本質(zhì)又代表什么呢？

有這樣的疑惑其實是因為我們還沒有拿到解開化學(xué)密碼的鑰匙。化學(xué)的本質(zhì)，是講述原子如何重新組合，構(gòu)成新物質(zhì)的故事。而化學(xué)方程式，就是這個故事的起因與結(jié)果（經(jīng)過太復(fù)雜了，初中不會學(xué)習(xí)），它告訴你這些物質(zhì)放在一起會變成什么。

但是怎么理解化學(xué)方程式呢？雖然初中的化學(xué)方程式一點也不多，但是如果不理解，我們就沒有辦法在實際題目場景中運用我們所學(xué)的知識進行推廣擴展來解決實際問題了。所以必須要理解它們。

怎么理解化學(xué)方程式呢？讓我們一步一步從一個典型的例子來理解。

• 結(jié)合結(jié)構(gòu)了解元素的性質(zhì)：
  

如果你大量閱讀了化學(xué)書籍，就會對不同元素的“性格”非常了解，但是從理論上了解它們也很簡單——我們只需要知道它們的原子結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)必須記憶，這是科學(xué)家為了交流方便定義了不同結(jié)構(gòu)原子的符號，但本質(zhì)的元素“性格”和符號毫無關(guān)系），從原子結(jié)構(gòu)進行分析，如果還不理解的話可以借助比喻。

Na最外層只有一個電子，所以它只需要失去一個電子就可以變得穩(wěn)定——最外層電子達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

O最外層已經(jīng)有6個電子了，只需要獲得2個電子就可以穩(wěn)定了。

H雖然最外層只有一個電子，但是它電子離原子核很近！（Na的最外層電子離原子核有很多電子的負電屏蔽了部分原子核的正電吸引力）所以它相對Na不太喜歡失電子（H2O只的O-H鍵是共價鍵，但是O的吸電子能力強——它的核電荷數(shù)大、外層電子多傾向于得到2個電子穩(wěn)定而不是失去很多電子，所以O(shè)-H鍵中O帶有一個部分負電荷，H帶有一個部分正電荷，因為電子更向O傾斜），所以H和O共用電子是有“代價”的，但同時這種不公平的共用也一定程度滿足了H核外2電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這也讓H有被Na還原的傾向（+1->0）。

• 分析元素性質(zhì)在此處的作用：

Na很希望失去電子，所以把電子“給”了O，O“吃飽”了電子，就不需要H了，H也不會被O“搶走”電子了，所以它自然可以離開了。但是這么多水，只有一些Na來“分”，所以一個O只能占據(jù)一個Na，保留一個和H的共用（O2-在水里不太穩(wěn)定，可以姑且理解成O吃太胖了一個人分走好多電子大家不滿意，于是H2O把自己的H+“塞”給O2-，大家都變成穩(wěn)定一些的OH-）。

• 綜合分析，推斷反應(yīng)機理：

Na失電子后變成Na+，帶正電；電子被H2O捕獲，H2O分解成OH-和H，其中OH-帶負電。正負電荷相吸引，形成NaOH（在高中你就知道其實水溶液中陰陽離子是自由的，基本上不會一一配對，但是因為晶體中它們確實會通過離子的電荷吸引作用形成一種叫做“離子鍵”的化學(xué)鍵，所以我們把這種物質(zhì)按照結(jié)構(gòu)叫做NaOH，表示由氫氧根和鈉離子組成。不帶電荷是因為正負電荷整體消掉了，我們不寫可以暫時理解成這樣的一個個最小單元如果真這樣那么就電荷不平衡不穩(wěn)定了。所以Na+和OH-通過離子鍵結(jié)合形成電中性的氫氧化鈉）。

剩下的H還是渴望達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在不需要和O搭配被搶走電子了，所以可以和自己的“兄弟”H進行結(jié)合生成平平等等的H2（可以暫時理解為O是一個電子大盜，直接強迫和H不公平地共用）。

• 得到?jīng)]有配平的方程式

左邊是題目給的，按照上面的分析，右邊的產(chǎn)物應(yīng)該是NaOH和H2。

• 配平化學(xué)方程式

怎么配平呢？對于這個例子很簡單，右邊是NaOH，左邊有2個Na，Na不可能憑空消失，所以右邊是2NaOH，發(fā)現(xiàn)O的數(shù)量對了，Na的數(shù)量對了，看看左邊有個H，右邊2NaOH里已經(jīng)有2個H，一個H2也有2個H原子，所以只需要補一個H2。

• 特殊符號要標記

對于沉淀大部分情況下需要標注“”，對于氣體產(chǎn)物有時需要添加“”來標注（大部分在溶液中的反應(yīng)都需要標注，可以理解為對于溶解度不太大的氣體大部分產(chǎn)物就會咕嚕咕嚕冒泡泡）。反應(yīng)的條件例如加熱、高溫、需要催化劑這些都需要在合適的時候標注它們（在等于號或者箭頭上）。

所以，綜上所述，經(jīng)過這樣的過程分析后，我們就知道所求方程是

進階與拓展：遇到更復(fù)雜的情況怎么辦？

很多同學(xué)經(jīng)常會遇到配平化學(xué)方程式的問題，方程式一復(fù)雜，感覺平時的“直覺法”就不管用了，那有什么實用性廣的“萬能方法”嗎？

有的，當(dāng)然有的。

來看一下這道配平的題目，一步一步教你配平：

1、第一次設(shè)未知數(shù)

設(shè)的系數(shù)為，的系數(shù)為。

2、用未知數(shù)表示系數(shù)

由于反應(yīng)前后的元素微粒守恒，而硫元素只在出現(xiàn)了，所以的系數(shù)也為。發(fā)現(xiàn)氫元素在方程左邊只在中出現(xiàn)，右邊中含的氫，所以的系數(shù)為。只在左邊的中出現(xiàn)，右邊只出現(xiàn)在，所以的系數(shù)也為。含有的氮，左邊的氮總量為，所以的系數(shù)為。

所以我們目前得到了這樣的方程式：

3、利用守恒量構(gòu)造方程組

目前氧守恒的條件沒有利用完全，所以可以左右利用氧守恒構(gòu)造等式（注：如果守恒不夠用，也可以用其他微粒的守恒，還可以用電子轉(zhuǎn)移守恒）：

化簡一下：

這時我們只需要取一組最小的、讓左右兩邊所有系數(shù)最大公約數(shù)為1（這一組數(shù)互素不可約）的取值。，僅當(dāng)（整除）時為整數(shù)。直接取即可。

所以帶入，得到：

所以，得到結(jié)果：

小結(jié)：遙遙化學(xué)之路

希望看完了這篇文章，能讓您有所收獲，知道怎么去學(xué)化學(xué)，怎么學(xué)好化學(xué)，怎么淘汰掉死記硬背的方法，以興趣為導(dǎo)向，輕松愉快地學(xué)習(xí)化學(xué)。

化學(xué)是一門不斷發(fā)展的科學(xué)，我們的學(xué)習(xí)也是循序漸進的。現(xiàn)在初中階段的一些有趣的理解方式，是為了幫助我們更好地入門。等到高中和以后，老師們會帶領(lǐng)我們學(xué)習(xí)更深入、更精確的理論，來解釋這些現(xiàn)象背后更復(fù)雜的原理。那時的知識，不是對現(xiàn)在知識的否定，而是一種深化和擴展哦！

感謝大家閱讀，希望弟弟妹妹們也能喜歡上化學(xué)這門優(yōu)美的學(xué)科。

收到拿云的投稿時，我問家有二年級孩子的同事，看拿云的分享會焦慮么？她說，不會，差距太大了，只會仰望，不會焦慮。我說，OK，那我跟感受差不多，這些年我看著拿云從小科普博主到理工學(xué)科閃閃發(fā)光，也從沒因為自己孩子達不到而焦慮過。欣賞美好事物的同事，能得到一點兒啟發(fā)為我所用，感覺就很好了。

所以，我們邀請拿云小朋友來給弟弟妹妹們分享，也是為了給大家展示一種新的可能性。這扇窗，不是為了讓我們看到距離，而是為了讓我們看到，學(xué)習(xí)化學(xué)原來還有這樣一種有趣的方式。

他不是在展示一個需要模仿的“標準答案”，而是在分享一種最寶貴的好奇心和思考的樂趣。這份樂趣，每個孩子都可以擁有，但形式可能完全不同。

? 我們的孩子可能現(xiàn)在還不會去推導(dǎo)復(fù)雜的方程式，但他可能會在看到醋和小蘇打混合產(chǎn)生大量氣泡時，興奮地大叫：“媽媽，快看！它們打起來了！”

? 可能現(xiàn)在還不會去研究原子結(jié)構(gòu)，但他可能會在炒菜時好奇地問：“為什么牛肉從紅色變成褐色了就熟了？這也是化學(xué)反應(yīng)嗎？”

? 他可能現(xiàn)在還不會寫長篇大論，但他可能會在雨后指著銹跡斑斑的鐵欄桿問：“鐵是不是出問題了？”

瞧，這些都是科學(xué)思維的開端，同樣珍貴無比。

所以，我們真正要做的，是保護好他們心中那份天然的、對世界的好奇心。

如果我們想鼓勵孩子，可以怎么做呢？

1. 聊聊天，多提問：就像文章里說的，看到一個現(xiàn)象，多問幾個“為什么”。就算不知道答案，和孩子一起猜一猜，查一查，這個過程本身就充滿了樂趣。

2. 一起讀有趣的科普書：市面上有很多優(yōu)秀的化學(xué)啟蒙繪本、漫畫和讀物，它們會用故事和圖畫來講化學(xué)，非常適合親子共讀，一起培養(yǎng)“化學(xué)語感”。

3. 把廚房變成實驗室：烘焙、做菜本身就是一場場化學(xué)反應(yīng)。讓孩子打雞蛋、看面粉發(fā)酵、觀察糖的焦化，這就是最生動、最美味的化學(xué)課。

感謝我們的小孩哥，用他精彩的思考，為我們所有人上了寶貴的一課。他讓我們看到，當(dāng)知識被理解時，會煥發(fā)出怎樣的光芒。

希望我們都能被這份光芒照亮，感受到思考的樂趣。愿我們和我們的孩子，都能永遠保持對未知的發(fā)問和對探索的熱愛。

這，才是學(xué)習(xí)最美好的樣子。

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