許俊生

摘要：本文利用庫(kù)侖力公式來(lái)幫助學(xué)生理解化學(xué)選修3中離子鍵強(qiáng)弱、金屬鍵強(qiáng)弱、氫鍵形成及強(qiáng)弱判斷等基本概念，以及利用物理和化學(xué)基本公式推導(dǎo)物質(zhì)的量的濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系公式，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)科間的互通性，并由此聯(lián)想到化學(xué)與其他科目之間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：庫(kù)侖力公式 離子鍵 金屬鍵 氫鍵 互通思想

在解決化學(xué)問題的時(shí)候，我們通常會(huì)用到其他學(xué)科的知識(shí)，這是因?yàn)閷W(xué)科間是相互關(guān)聯(lián)的。如果我們?cè)诮虒W(xué)中能結(jié)合應(yīng)用，那將對(duì)學(xué)生各科的學(xué)習(xí)都有幫助，學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。

一、用庫(kù)侖力公式理解離子鍵、金屬鍵鍵能強(qiáng)弱以及氫鍵形成

（一）用庫(kù)侖力公式理解離子鍵、金屬鍵強(qiáng)弱

化學(xué)選修3化學(xué)鍵部分介紹了三種化學(xué)鍵，其中共價(jià)鍵的鍵能可以直接由鍵長(zhǎng)來(lái)判斷。而像離子鍵、金屬鍵鍵能如何判斷呢？能否用學(xué)過的物理知識(shí)來(lái)幫助理解相關(guān)內(nèi)容呢？

大多數(shù)學(xué)生通過背誦來(lái)記憶“離子所帶電荷越多、離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)”，金屬鍵類似只是將陰離子換成自由電子，但是并不理解為什么是這樣。其實(shí)在高二學(xué)習(xí)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》的時(shí)候，物理科目的電磁場(chǎng)相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)學(xué)習(xí)過了，這個(gè)時(shí)候可以結(jié)合物理知識(shí)來(lái)理解這一部分內(nèi)容。物理電場(chǎng)中的庫(kù)侖力公式可以很好地幫助我們理解這一部分內(nèi)容。庫(kù)侖力公式：F=kQ1×Q2r2（k=8.9880×109N·m2C2）。其中F就是庫(kù)侖力大小，K是常數(shù)，Q1和Q2分別表示離子化合物的陰陽(yáng)離子所帶電荷多少或者金屬晶體陽(yáng)離子和自由電子所帶電荷，而r表示陰陽(yáng)離子中心距離，對(duì)金屬晶體來(lái)說r的數(shù)值主要取決于陽(yáng)離子半徑的大小，這樣就比較容易理解為什么“離子所帶電荷越多（相當(dāng)于公式中Q1和Q2數(shù)值大），離子半徑越小（相當(dāng)于公式中r數(shù)值?。?，形成離子鍵越強(qiáng)（公式中F值大）”，也就比較容易理解為什么第一主族從Li到Rb金屬的熔沸點(diǎn)會(huì)降低（因?yàn)樽杂呻娮酉嗤?，堿金屬離子都帶一個(gè)單位正電荷，而同主族從上往下，離子半徑增大會(huì)使得公式中r增大從而F減小，金屬鍵減弱，破壞起來(lái)更容易）。

（二）利用庫(kù)侖力公式理解氫鍵的形成

利用庫(kù)侖力公式不僅可以解釋離子鍵和金屬鍵強(qiáng)弱，還可以理解氫鍵形成與強(qiáng)弱。氫鍵的形成簡(jiǎn)單理解是，當(dāng)一種電負(fù)性很強(qiáng)的元素原子與氫元素原子之間形成共價(jià)鍵時(shí)，共用電子對(duì)會(huì)偏向于電負(fù)性強(qiáng)的原子而偏離于氫，這樣會(huì)使得很多時(shí)刻氫的質(zhì)子暴露出來(lái)，相當(dāng)于帶正電，而電負(fù)性強(qiáng)的原子相當(dāng)于帶負(fù)電，然后相鄰分子間產(chǎn)生較弱的靜電作用從而形成氫鍵。這樣我們也可以根據(jù)庫(kù)侖力公式來(lái)理解氫鍵形成和強(qiáng)弱：（1）要想形成氫鍵，首先要求另一個(gè)元素電負(fù)性值比較大，否則不會(huì)出現(xiàn)共用電子對(duì)明顯地偏離于氫而使得兩個(gè)原子形成公式中的Q1和Q2。（2）由于氫鍵不是化學(xué)鍵，作用力比較微弱，作用范圍也較小，因此公式中r要比較小，和氫形成共用電子對(duì)的元素原子半徑要比較小。

根據(jù)上述要求，能滿足條件的只有N、O、F三種元素（其他元素，如C的電負(fù)性較小，不能形成明顯的Q1和Q2，而Cl的半徑r值大，F(xiàn)值?。椅覀兏鶕?jù)公式中r大小可以判斷出單個(gè)氫鍵強(qiáng)弱：H…F>H…O>H…N

以上就是利用物理庫(kù)侖力公式來(lái)理解《化學(xué)》選修3中離子鍵、金屬鍵、氫鍵的相關(guān)知識(shí)。有了庫(kù)侖公式，我們就不用死記硬背相關(guān)定義，能夠從根本上理解離子鍵、金屬鍵強(qiáng)弱及氫鍵形成和強(qiáng)弱，知識(shí)點(diǎn)掌握得更牢固。

二、物質(zhì)的量的計(jì)算中物理公式的應(yīng)用

物質(zhì)的量及其相關(guān)計(jì)算在高中化學(xué)知識(shí)中屬于需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容，其中很多公式與推導(dǎo)都需要應(yīng)用物理的基本公式。例如：常用的物質(zhì)的量濃度（c）與質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ω）、密度（ρ）之間關(guān)系的公式：c=ρωM，我們就可以用化學(xué)及物理相關(guān)的基本公式進(jìn)行推導(dǎo)。首先，物質(zhì)的量濃度c=nV，又根據(jù)物質(zhì)的量與質(zhì)量的關(guān)系n=m質(zhì)M及物理公式中溶液體積與質(zhì)量、密度的關(guān)系V=m液ρ，可推導(dǎo)得c=m質(zhì)/Mm液/ρ，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式ω=m質(zhì)m液推導(dǎo)得c=ρωM。

學(xué)生會(huì)應(yīng)用基本化學(xué)及物理公式推導(dǎo)常用公式，既可以加深對(duì)公式的理解，又能注意到公式細(xì)節(jié)的變化，公式掌握得更加牢固。常見的其他一些基本物理公式如理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT，電量和電流、時(shí)間公式：Q=It 等公式在化學(xué)中也有著廣泛應(yīng)用，可以幫助我們理解和推導(dǎo)相關(guān)化學(xué)公式。

三、由物理公式解決化學(xué)問題看化學(xué)與其他學(xué)科間的聯(lián)系

大家都知道高考改革的一個(gè)重點(diǎn)就是文理不再分科，很多學(xué)生一開始很茫然，不知道高考改革后應(yīng)該怎么對(duì)待選考科目。其實(shí)我們?cè)趯W(xué)習(xí)中應(yīng)該認(rèn)真地對(duì)待每一門學(xué)科，因?yàn)閷W(xué)科間的相關(guān)性是很強(qiáng)的，如果能融會(huì)貫通，那對(duì)自己的學(xué)習(xí)會(huì)有很大的幫助。以化學(xué)科目為例：

語(yǔ)文學(xué)科可謂是所有學(xué)科的基礎(chǔ)，就化學(xué)學(xué)科而言，化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的閱讀、化學(xué)用語(yǔ)的使用，甚至化學(xué)用品的命名都離不開堅(jiān)實(shí)的語(yǔ)文基礎(chǔ)。我們要重視語(yǔ)文學(xué)習(xí)，提升自身的閱讀和寫作能力，這樣不僅可以提高語(yǔ)文成績(jī)，對(duì)其他各科包括化學(xué)在內(nèi)都是大有助益的。

數(shù)學(xué)學(xué)科對(duì)大部分學(xué)科來(lái)說都屬于“工兵”學(xué)科?；瘜W(xué)課堂教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，有很多化學(xué)問題需要依靠數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)解決，一般的化學(xué)計(jì)算中常用到的有列方程式或方程組;而像濃度變化與時(shí)間關(guān)系，化學(xué)反應(yīng)速率與時(shí)間變化關(guān)系，化學(xué)反應(yīng)的能量變化與過程關(guān)系通常都要應(yīng)用函數(shù)圖像來(lái)表示;選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中晶體部分知識(shí)要用到立體幾何的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生利用相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)解決具體的化學(xué)問題是非常方便的，同時(shí)對(duì)學(xué)生來(lái)說，解決以上問題是學(xué)科間聯(lián)系的一個(gè)重要體現(xiàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科綜合能力。

英語(yǔ)和語(yǔ)文一樣是語(yǔ)言學(xué)科，用于閱讀和交流。學(xué)好英語(yǔ)對(duì)于其他學(xué)科的學(xué)習(xí)有著很大幫助，例如化學(xué)學(xué)科，如果英語(yǔ)水平高，對(duì)于元素符號(hào)，各種簡(jiǎn)寫的理解和掌握就將更加容易。就學(xué)習(xí)持續(xù)性來(lái)講，進(jìn)入大學(xué)后，我們不僅要閱讀中文文獻(xiàn)，而且需要閱讀相關(guān)的英文文獻(xiàn)，這時(shí)學(xué)生的英語(yǔ)閱讀能力將起到非常大的作用。

本文一開始探討物理公式是如何解決化學(xué)問題的，化學(xué)與物理之間是有密切聯(lián)系的，學(xué)好物理對(duì)于學(xué)習(xí)化學(xué)有極大的幫助，而且今后進(jìn)入大學(xué)更能體現(xiàn)這一點(diǎn)。老師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生注意這種學(xué)科間的相互聯(lián)系，有助于學(xué)生建立綜合的學(xué)習(xí)觀念，讓他們感受到在化學(xué)中借用物理的思維及方法往往能收到非常好的效果。

21世紀(jì)是生化的世紀(jì)，生物科學(xué)和化學(xué)科學(xué)之間更是形影不離。如溶液的pH變化與植物根毛區(qū)的離子交換、化學(xué)變化與沼氣發(fā)酵池中的生物知識(shí)、食物腐敗中的氧化還原反應(yīng)與微生物的關(guān)系等，化學(xué)和生物兩科學(xué)習(xí)有很多相互關(guān)聯(lián)和知識(shí)互補(bǔ)，學(xué)習(xí)時(shí)建立兩科相關(guān)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系對(duì)兩科學(xué)習(xí)都有很大的益處。

綜上所述，高中階段各個(gè)學(xué)科之間有著密切的聯(lián)系，教師在教學(xué)過程中要注意引導(dǎo)學(xué)生通過化學(xué)知識(shí)點(diǎn)建立與其他學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，相互滲透、交叉和綜合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的能力。學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中也應(yīng)該注意和其他學(xué)科相結(jié)合，幫助化學(xué)以及其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，有時(shí)在解題時(shí)用到其他學(xué)科思想有可能收到意想不到的效果，讓自己能更快速、更準(zhǔn)確地解決相應(yīng)的題目，對(duì)知識(shí)的理解能更上一層樓，更容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，這樣也正好符合新高考的理念。

參考文獻(xiàn)：

熊云貴.培養(yǎng)學(xué)生理科綜合能力的探索[J].化學(xué)教育，2002（3）.