1、化学中合乎规律和规则的理性思维Rationizing Thinking in Chemistry黄荣彬（厦门大学化学化工学院） 2013 12 14 松柏中学电子邮箱：个人主页：http:/ Science, JACS, Angew. Chem.等顶级国际期刊); 研究领域：原子团簇化学；主持完成多项国家科研项目；主讲化学本科“无机化学”(国家精品课程)，“逻辑与化学”；硕士生“高等无机化学”，博士生“晶体结构测定”等课程。,一、引子XX大学 化学与分子科学 学院XX大学 化学与分子工程 学院XX大学 海洋与地球 学院医学 - 传统医学 和 现代医学医学科学-所有的医学都是科学？传统医学 和
2、现代医学 区别在哪？中国古代科学和技术很先进? 中国中医科学院 ?,推敲推敲：“卤化氢的水溶液叫做氢卤酸” -摘自无机化学教科书卤化氢不是酸，卤化氢的水溶液才是酸？气体HCl不是酸，HCl水溶液才是酸？盐酸不是酸，盐酸水溶液才是酸？硫酸不是酸，硫酸水溶液才是酸？,化学反应,可逆化学反应（存在逆反应）, 107,正逆反应速率相等,化学反应平衡,浓度不变,平衡常数,不可逆化学反应（不存在逆反应）,G)非平衡自发不可逆(T=0p=0W非 0, S 0H 0, S 0,经验并不可靠： 恒温恒压条件： N2（g）+ 3H2（g） 2NH3（g） Kp=8.33 3 1 1 mol,3.1 1 1 mol
3、,酸碱电离平衡常数（理论体系）,平衡态， rGm = 0 rGm 0 = rGm + RT lnQ则 rGm RT lnQ rGm 是一个常数 Q = K 平衡态的反应商是一个常数。K 称为标准平衡常数（热力学平衡常数） rGm = RT ln K,计算：298K时反应 HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)的平衡常数(封闭体系) 。fGm/kJ mol-1 -396.6 0 -369.4 rGm = 27.2 kJ mol-1 = - RT ln Ka ln Ka = -10.95, Ka = 1.74 10-5,是酸的电离平衡常数， aacid,上述醋酸电离反应式两边H2O(l)
4、的计量数是不能有变化的，否则，rGm不为常数。在化学的实际情况中，要保持H2O(l)计量数变化可忽略，醋酸浓度必须较低。高浓度的弱电解质是没有平衡常数可言的，正如NaCl等是没有Ksp可言的。,冰醋酸加水稀释时，测得溶液导电性变化如图所示：请问：刚开始稀释时，氢离子浓度、醋酸根离子浓度都增大，而醋酸分子浓度减小。如果是这样，依据电离常数表达式可以推断醋酸电离常数也就增大。可是醋酸电离常数只与温度有关，如何解释这个问题呢？,实际体系：,HAc(aq) + nH2O(?) H+(aq) + Ac-(aq) + (n-x)H2O(?)fGm/kJ mol-1 -396.6 -237.19 0 -36
5、9.4 -237.19 rGm = 27.2 kJ mol-1 = - RT ln Ka ln Ka = -10.95, Ka = 1.74 10-5,NaCl有溶度积常数吗？, 溶度积常数,简称溶度积,溶度积（理论体系）,rGm0 =(-560.7)+(-744.6)-(-1362)=56.6 kJmol-1rGm0 = -RT ln K0 , K0 = 1.1 10 -10,沉淀溶解反应平衡常数,Ksp 溶度积常数,简称溶度积,溶度积常数（实际体系）：,rGm0 =(-560.7)+(-744.6)-(-1362)=56.6 kJmol-1rGm0 = -RT ln K0 , K0 = 1
6、.1 10 -10,溶解/沉淀 反应平衡常数,12、25时，在含有Pb2、Sn2的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应： Sn(s)Pb2(aq) = Sn2 (aq)Pb(s)体系中c(Pb2)和c(Sn2)变化关系如右图所示。 下列判断正确的是（ ） A往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2)增大 B往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2)变小 C升高温度，平衡体系中c(Pb2)增大，说明该反应H0 D25时，该反应的平衡常数K2.2,无矛盾性：,谢 谢 ！,为什么现代医学使用化学药？,穆勒五法探求因果联系大样本双盲对照实验,科学归纳法： 根据某类事物中部分对象与其属性
7、之间的内在联系（因果联系），推出该类事物的全部对象都具有某种属性的推理。,归纳推理,简单枚举法： 所有的乌鸦都是黑的。 （具有理论指导意义，可能被证伪。）,例如： 铁受热后体积膨胀，铜受热后体积膨胀，铝受热后体积膨胀，银受热后体积膨胀；铁、铜、铝、银都是金属； 受热是金属体积膨胀的原因。（求同法）推出：所有金属受热后体积都膨胀。（理论意义）解释：因为它们受热后，原子运动速度加快，原子之间的作用力减弱，原子间的距离增大，从而导致体积膨胀。,因果联系： 事物现象之间都是互相联系、互相依赖、互相制约的。如果某个现象的存在必然引起另一个现象发生，那么这两个现象之间就具有因果联系。其中，引起某一现象产生
8、的现象叫做原因，而被某一现象引起的现象叫做结果。,探求因果联系的方法： “穆勒五法”。 推动了归纳法在科学研究中的应用。在科学研究中，归纳法发挥着重要的作用，许多经验定律、经验公式的获得都是借助了归纳法的力量。,（1）求同法求同法也称契合法。它的内容是：在被研究的现象（a）出现的每个场合，如果发现某一情况（A）是共同的，那么，这个共同的情况（A）和被研究的现象（a）之间有因果联系。,探求因果联系的逻辑方法-“穆勒五法”：,受热是金属体积膨胀的原因。受热后体积都膨胀。,（2）求异法求异法，又称差异法。它的内容是：如果在被研究现象（a）出现和不出现的两个场合之中，只有一个情况（A）不同，其他情况完
9、全相同，而两个场合惟一不同的这个情况（A），在被研究现象（a）出现的场合中是存在的，在被研究现象（a）不出现的场合是不存在的，那么这个惟一不同的情况（A）就与被研究现象（a）之间有因果联系。,场合 先行情况 被研究现象 ABC a BC 所以 A是a的原因,化学教学中，在讲解催化剂概念时，演示实验中安排如下两个实验：一个实验是KClO3加热后，虽有O2产生，但速度很慢；另一个实验是向加热后的KClO3迅速撒入少量MnO2，立即有大量的O2放出。由以上两个实验，得出的结论： MnO2是O2快速放出的原因。所用归纳法是差异法。,（3）求同求异并用法求同求异并用法，又称契合差异并用法。它的内容是：如果在几个场合中，有被研究的现象（a）出现，同时就有某个共同的情况（A）出现，而在另几个场合中，不出现被研究的现象（a）也就不出现这个情况（A），那么， 这个情况（A）和被研究的现象（a）之间有因果联系。,
