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[教育信息]为什么中学化学给人一种不严谨的感觉？ |
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注意专指初中、高中阶段的化学科目，如果大学课程中亦有这样的表现也可以讨论。 相对于数学和物理，严谨的定量分析少了很多，很少有深刻的定律。如在化学反应速… |
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来讲个故事吧。 凡是上过学的都知道H2O是个啥。没错。水。 一年前，我还是一个求知上进的初三生。初中的化学老师是个女老师，记得有一次她提到了水是由H元素和O元素构成的。我当时像所有人一样觉得好神奇啊，问道：那水为什么不会变成氢气和氧气呢？它们是怎么组成水的呢？老师当时就懵了，也不知道该怎么解释，总不能跟我讲各种化学键啊，解释也解释不清，只能说：他们之间存在一种作用力使它们不会分开。 虽然听起来挺基的，但是这根本没法满足我啊！可是如果要是解释什么是化学键，那就更没完没了了。H2O的结构成了我永远地心结。当时忙着保送，作为一名求知上进的学生却不能弄清问题的答案，我很郁闷。于是半年之后，成功保送的我又想起了这件闹心事。于是我自学了高中教材，貌似是选修三中讲了价键理论，学习到离子键共价键，貌似我已经可以解释H2O的组成了，每一摩尔H2O含有两摩尔H-O键，当然我很高兴啊，困扰了我大半年的问题得到了解决，一种大仇得报的感觉让我很爽。 可是，不久之后我又发现了更大的问题 为什么H2O并不是直线型分子？（...） 于是我继续自学，学到了价层电子对互斥原理（VSEPR），学到了H2O是AX2E2型，采取了sp3杂化，所以呈折线形（省略n字） 我很高兴啊。 但是随着继续学习，我学到了分子轨道理论（MO），我刹那间觉得我的三观都被摧毁了——原来我之前学到的居然都TMD是错的！成键非键反键粉碎了我的自以为是。于是我又继续学习分子轨道理论（汗！）原来最简单的双原子分子的电子排布都这么复杂！而看起来简单的像个笑话的H2O的分子轨道居然这么难！HOMO和LUMO等等复杂高深的概念更是让我绝望！ 其实这还不是终点，在分子轨道之上还有量子力学，还有各种波函数，还有薛定谔方程等等让我望而生畏的东西。而且我相信，随着科学的进步，化学的进步，这一定也不是终点。18世纪道尔顿认为原子不可分割的，后来我们发现了原子其实有质子，中子，电子的结构。而如今的科学家又发现了夸克，可以说化学这门学科一定会越走越远，一定还会有更深奥的内容等着我。 我还在自学化学，虽然作为一名学渣比较吃力，但是化学给我的乐趣永远不会消失。还记得翻看必修1的时候对于一个个反应的惊奇，还记得研读选修4的时候看不懂勒夏特列定律却从不放弃的坚持，还记得自学选修5的时候认真的做着书后的习题，还记得买了蓝皮（【无机化学第四版】）却全都看不懂的失望，还记得满怀希望的看着面前的大本（邢其毅先生的【基础有机化学】），幻想着能全部吃透的憧憬... 如今作为一名高一学生，我仍然在化学这片辽阔的土地上策马奔腾。我看到的越多，爱化学这门神奇的学科就越深，爱化学越深，就更加坚定了继续探索的信念。也许以后我会一直学习化学，最后从事化学工作，做一名化学家，也有可能从此和化学擦身而过。但是那又怎样，我学过，我收获过，化学已经成为了我人生中不可分割的一部分。 很多同学问我：”你这么geek的学化学，以后要当化学家吗？”我很诚实的说：“不知道。”他们又问：“那你这么做有什么意义？”我说：“因为我爱它。” 也许这就是传说中的真爱吧。 化学就是这么充满魅力。因为它能给你无穷的延伸，无穷的乐趣，让你永远探索着，探索的路上永远没有尽头。 ---------------------分割线------------------- 说多了，跑题了。回归正题。如果你让初中化学老师给你讲量子力学，给你讲薛定谔方程，我相信你一定会一巴掌扇死他。所以，题主的问题的答案其实很简单。化学是如此复杂，化学的本质是如此奇妙与不可捉摸，以至于将其全部灌输给中学生是不可能做到的。唯一能做的只是变成简化的，具象的，哪怕在高处俯视来看错误满篇的内容传输给学生。但实际上学生们仍然感觉到了化学学习的困难。 作为一名高一党，一名自诩多了解了一些肤浅的化学知识的高一党，我很惭愧初中时的幼稚、不懂事，给初中化学老师挑刺找麻烦，仗着自己知道得多一点就欺负老师，虽然她看不到，还是想说声对不起。 |
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不仅仅是中学化学，也不仅仅是看上去，化学它发展到现在仍然看上去很不严谨，很像魔法，因为—— 我们无法准确预测两个东西混在一起究竟会发生什么我们无法通过分子结构准确算出它的性质，包括晶体结构、熔点、沸点、紫外光谱、NMR……（但是相反的过程发展却不错，色谱技术搞定分离，MS 鉴定已知物，XRD 和二维核磁测定未知物结构） 看见了吗？即使从量子力学诞生到现在经历了几十年，人类对化学仍然是一无所知。你从文献上看到一个反应，想做一个类似的反应（比如换掉其中一个原料），你就必须去做实验，才能知道究竟能否成功。换言之，我们无法通过理论来准确预测实验。物理学呢？理论物理领先实验已经很多年了。 这其中的原因在于，整个现代化学的基础——量子力学——是个原理简单但是求解困难的系统。求解量子力学里的那些方程困难到什么地步呢？困难到就算是 H2 这么简单的分子我们也算不出它的具体能级（多电子系统的 Scrhodinger 方程没有解析解）。各位有学过结构化学的，知道氢原子轨道是怎么算出来的吗？ 算出满足 Schrodinger 方程的波函数的通用形式（对氢原子，它由四个参数决定：轨道半径、主量子数、角量子数、磁量子数） 利用变分法算出能量最低的一组波函数 对于更复杂的分子，决定电子波函数的参数会更复杂，这就导致这两步里的第一步就算不出来。没错，算不出。没有能级的信息，你就无法来预测光谱数据，预测化学反应。也就是说，「严谨」的链条在一开始就断开了。 所以，你所看到的现代化学，尽管地基是「严谨」的量子力学和统计力学，然而这个地基上面却缺少了好几个楼层。这些楼层应有的位置是由近似公式和经验拼成的框架。这样的空中楼阁，在外人（尤其是数学家）看起来摇摇欲坠，也算是情理之中罢。 |
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首先，很重要的一点我认为是化学的知识体系过于庞大而彼此的相关性又不是很高。因此，很难抽离出来一部分成体系的理论来提供给中学阶段的基础教学。只能是选择一些零碎的知识点进行讲解，因此看上去很不科学。 然后，化学研究本身的特点以及目前的发展程度来说决定了它几乎完全依赖于实验，理论工具对于未知的预测来说能力有限。同时化学的理论工具多数是建立在量子力学模型上的，对于中学教学并不适合。 还有就是中学化学教学开设的年级比较高，因此能够在中学教学中引入的内容非常有限，在有限的课程安排中，中学化学教学更像是科普了。 至于题主的问题，不管是化学还是物理，所有的理论模型几乎都不可能完整地描述全部的真实情况。因此，这些理论模型都是在必要的前提或假设之下成立的，中学教学的特点决定了只能使用最简化的模型，也就形成了题主所说的理想化的反应速率和化学平衡模型。其实，这样的简化模型在一定的实验精度要求和实验条件下也是能够满足实验事实。物理中不还有无摩擦的桌面么？题主在现实生活中见过这样的桌面么？ 至于酸碱滴定，其实这是一个非常特殊的例子，中学教学涉及到的酸碱滴定反应是一系列反应速率非常大、反应平衡常数也非常大的化学反应，这种情况下，给了题主“精确”或“定量”的感觉。但事实上，这样的反应在所有已知的化学反应中是极少数的。即使是这样的反应，它们也并非一定是按照严格的化学计量比发生的，而只是恰好处于在指示剂的变色范围，这时候，可能有正误差也可能有负误差，但是通过多次实验消除了随机误差的情况下，能够得到符合实验精读要求的结果。 至于涉及到物质的结构方面的知识，这就牵涉到了之前提到过的量子力学模型，而这些模型是不适合中学教学的。中学教学所使用的简化模型是在有些量子力学诞生之前提出的，有些是经过编辑删除了不易理解的限制条件的。即便是量子力学模型，用来描述复杂的微观物质的结构，仍然是力不从心的，在更多的情况下也只能是近似处理。记得有一篇GRE阅读，说数学家不能理解物理学家眼中近似的美，也许相似的，中学教学灌输给人的对于精度的追求让人忽略了近似的美。 说到概念，所有的这些概念都是在有约束的条件下成立的。比如酸碱的概念，就涉及到了Arrhenius理论、Bronsted-Lowry理论和Lewis理论，这三种理论分别是从不同的角度来观察什么是酸什么是碱的，其应用范围也不同。 Arrhenius理论认为在水溶液中电离出水合氢离子的是酸、电离出氢氧根离子的是碱。这套理论对于研究水溶液体系下的酸碱反应很适用，但牵涉到水溶液以外的体系就无能为力了。 Bronsted-Lowry理论认为所有质子给体都是酸，质子受体都是碱，给质子能力越强的物质是越强的酸。 比如说SbF5分子在HF体系中就是强Bronsted-Lowry酸。 Lewis理论又把酸碱的概念进一步扩展了，认为电子对受体是酸，给体是碱，这样，上面的SbF5就是一个Lewis酸。但是这样的理论又出现了一定的缺陷，它无法用来比较酸的相对强弱顺序。 三套理论各有各的应用范围和缺陷，因此，三套理论，及其所涉及的概念就只能共存了。 氧化还原反应的概念是很明确的，可能在最初涉及到的时候会是与氧气反应或者得氧的反应，这种情况只是为了方便从字面上理解氧化反应。氧化还原反应指有电子得失的反应，得电子的是氧化剂、失电子的是还原剂。这一概念本身没有任何疑议。 |
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不大清楚题主的教育背景。把这个问题再分成两部分来探讨。作为中学化学教师，重点回答第二部分。 第一部分，是”化学为什么不严谨“。关于这个问题的解释， @yjjart 已经讲得相当清楚了；再做一个概括就是，人类还不具备足够的计算能力从量子级别一直联系到宏观级别；仅仅是纯宏观级别上的扩散问题，尚且很难做出精确的描述： 如果把一粒高锰酸钾投入水中，能够通过计算机模拟出精确的颜色扩散么？ 答案是几乎不能（或时间代价不现实）。那么这么基本的扩散过程都不能确定，就更难说预测复杂的化学反应过程了。 实验现象是热力学与动力学的综合作用结果。化学热力学建立在物理热力学定律的基础上，已经相当完善（平衡态）；化学动力学有诸多模型，但人类在这一领域的研究，可以用”只知毛“（皮都摸不到）来形容。 第二部分，是”中学化学为什么不严谨“。更明确表达是，”中学化学为什么会出现违背真正化学原理的部分“。 套用一句流行语：不作死就不会死。 起初编写教材的人了解化学的不规律性。为了保证能正常教学，体现出思维性（这是正确的，对于非化学专业来说，了解思维比积累常识重要），所以用有限的，经过精挑细选的实验事实来搭建了中学化学的理论体系。在纯粹的高中课本内，这些知识是可以自圆其说的。确切的说，不能自圆其说的部分会被绕开，高考出题人也会避免这些内容。举一个有机化学例子来说明： 了解有机化学的同学会知道，卤代烃的水解，和具体的化合物有很大关系。苯基卤素（如氯苯）通常不容易水解；但芳环上有强拉电子基团（如硝基）时，芳环卤素会逐渐变得容易水解；例如2,4,6-三硝基氯苯极易在常温下水解为2,4,6-三硝基苯酚（苦味酸）。中学教材上，没有篇幅也不能去系统介绍SN2反应的机制，简化起见，一概论为”卤代烃遇NaOH/H2O可以水解为醇“。在实际题目上，避免出现芳基卤素，乙烯基卤素等特殊情况，这样本来是无可厚非的。 但是在一些课外读物和教参上（各种著名教参都包括），总有些出题人不满足于这种边界，由于芳基卤素水解消耗碱的数量是个易错点，于是就开始出现了这样的题目。在最初出题时，出题人知道一般芳基卤素不能水解，所以会加上拉电子基团让题目没有科学性错误；但是在各种传抄中，水平不足的很多人一看觉得”这个硝基和题目有什么关系啊省了得了“，最后就会出现完全不合理的题目，而多学过一些有机化学之后，自然就会觉得这种题目毫无严谨可言了。 再举一个无机实验的例子： 碳酸钠的碱性比较显著，因此在碳酸盐和IIA、过渡金属反应时，既有可能出现碳酸正盐（如Ca），也有可能出现碱式碳酸盐（如Mg），还有可能只出现氢氧化物（如Fe）。原因通常是由比较Ksp来推测，但由于结晶速率不同，通常也不会得到有精确比例的碱式碳酸盐。在中学课本设计上，碳酸盐沉淀应当只涉及Ca形成正盐，以及Fe/Al的”双水解“现象。双水解是一个有准确范围的概念，只有确定的几种组合（除了上述Fe/Al和碳酸根之外还有偏铝酸根、亚硫酸根）。碱式碳酸盐是不涉及的（生成碱式碳酸铜的经典反应不在溶液中）。 但是作死的教参编写者出现了，他们最初可能会谨慎地出一些信息题，例如通过加热减重测定某种碱式碳酸盐的组成这样的题目；然后被传抄的过程中，不断被不合理简化，最后就会出现”铜离子与碳酸根反应出现碳酸铜“这样的描述。 总结一下。作为从上世纪50年代起形成体系流传至今的中学化学有逻辑自洽的教学体系。但由于不合理的扩展与延伸，导致在实际教学中出现了许多令学生也令教师困扰的问题，这是应当被克服和避免的。学生需要一滴水，你有一桶水也别乱浇；自己本来就半桶水就更别晃荡了。 |
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物理和数学是上游学科，生物是下游学科，而化学是夹在中间的“中游学科” 上游学科容易有“深刻的定律”，我们在很大程度上可以完全搞明白所有事情，结论的推导过程既不甚繁，计算也相对少，程度稍好的高中学生即可较好的构建起经典物理学的框架，产生一种“我完全搞明白了”的感觉。从而整个体系显得精致而严谨 对下游学科来说，完全从基本定律推导出整个过程显然是不可能的，于是干脆不管细节，将各种对象“封装”起来，（起码中学知识是）从宏观的现象入手来建构体系，先不管微观原理（当然，深入的研究做的基本是微观原理，但大多也是很大的分子层面了，几乎不可能与上游学科的层面“接”起来），所以也较为容易 而化学，即在这两者之间，于是便显得十分艰难，无论是从上往下还是从下往上都不能搞明白数万个分子的具体行为。从基本定律推导计算量太大，情况太复杂；观测又看不到。所以反应过程中到底发生了什么实在无法了解，只能做些假设，而这些假设多是只适合于一个方面，而为何适用于这种情况甚至都不能很好的知道，很大程度上还是一门半经验学科，所以“化学是一门以实验为基础的学科”，自然也就难有“深刻的定律”，至于概念的模棱两可，前后矛盾，只是因为分别适用于不同的情况而已 另，高中化学还是挺浅的，似乎体系还是蛮完整的，数学是用的少，但也没有自相矛盾的概念和理论，还有“物化”一词，高中似也不会涉及吧？至于滴定，实在不大算得上是真正的化学 |
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已经有很多回答了，有些讲得不错，有秀专业的，有讲故事的，还有被折叠的。但我感到几乎都没答在点子上，下面的答案仅用最通俗的语言对这一问题谈谈自己的看法。 中学物理是物理理论体系中“比较基础”的部分，相对于中学化学来讲具有如下“优势”： 1. 绝大多数定律都符合人们的自然认识，可以通过“思想实验”进行验证，比如 比萨斜塔实验 。 2. 这些定律可以用简单而优美的初等数学表达，其它公式都是从少数基本定律通过简单的数学计算推演得出的。 可是为什么是这样的呢？就是因为中学物理的绝大部分内容都是研究宏观世界，而化学整个就是研究微观世界的学科。这是学科本身的性质所决定的。 宏观物理学本身就来源于人们对宏观自然认识的形式化总结，其研究目标就是用尽量简单的数学公式表达人类所认识的自然规律。但事实上能够被宏观物理学表达的自然规律是极少的，否则人类就不会“在浩瀚的宇宙面前显得一无所知”了。人类生活在宏观世界中，用极少数最简单的规律指导生产生活，那么构建出目前这样看似严谨完备的宏观物理体系就不足为奇了。 举个例子，比如F=ma" role="presentation">F=maF=ma，这个公式以简单优雅的方式阐明了宏观物体质量、作用力与相对运动之间的一般规律。如果学生提出“为什么是这样的？”之类的问题，中学老师一定不会用“物质具有质量的原因”（ 希格斯玻色子 ）以及“力的来源”（ 基本相互作用 ）这些深奥的理论来给出解释，而是回答：“实验证明就是这样，这就是定律！”。那么这个问题就到此为止了，我们对习以为常的东西总是见怪不怪，几乎不会有中学生会继续追问“那这个实验现象为什么会发生？”这样的问题。 而中学化学所研究的就是微观世界的一般规律，比如分子结构与化和反应的关系。大家都知道氧分子和氢分子在一定条件下发生反应生成水分子，可是人们没有生活在微观世界中，并不具备这些经验。所以学生就会问：“为什么氧和氢反应生成水？”之类的问题。对于这种问题根本没办法解释，因为人类对于微观世界规律的认识并不完备（人脑有限，宇宙无限），无论老师再怎么回答总会有新的问题产生。 中学物理学的理论体系基础就是人们对大自然简单而粗糙的认识，“手推车跑”、“电通灯亮”这些太过平常现象很少有人会去质疑其原理。而数学整个体系都是人为规定的，没有可以让你质疑的东西。但是化学的理论体系就是微观世界的一般规律，人们并不熟悉化学实验中的神奇现象，“氧化物得电子，还原物失电子”，完全超越了中学生所能理解的范围，因此只能去死记硬背，当然显得不严谨。 设想，当你了解到一大部分宏观物理学的定律在微观世界上并不成立时，你还会认为物理学很“严谨”吗？ 如果你每天都能“亲眼目睹”各种化学分子发生反应时结构的变化，并对此习以为常，你还会觉得化学“不严谨”吗？ |
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化学这个东西太讲政治。跟人的认识程度有关 一开始人们觉得氧化反应就是金属/有机物和氧的结合，还原反应则是用氢/碳从体系中把金属拿出来。后来人们发现氧也要被“还原”成水，氢/碳也要被氧化，这时候就得认识到氧化和还原是对立统一的。 后来人们玩氟气和过渡金属，发明化合价语言，推广了这个概念，但是氧化不再和氧有关系。 再后来人们玩电化学，把电子写进方程式，又拆出来氧化半反应和还原半反应，但同时抛弃了化合价，特别是 S4N4" role="presentation">S4N4\ce{S4N4} 或者 C6H5CH=C(CH3)COOH" role="presentation">C6H5CH=C(CH3)COOH\ce{C6H5CH=C(CH_3)COOH} 这种化合价判断极其困难的东西。 以上我们讲了三个认识层次。这三个“氧化、还原”的概念就是不一样的，从前到后，外延越来越广，内涵越来越少。 结果就是，不同学派的认识程度不同——这可能也是化学革命过于猛烈，以至于不同学派来不及不断革新自家认识——导致不同学派的人写的文章，同一个概念具有不同的内涵和外延。 然后不同学派都在不停的发新东西，有的学派的创新，并不是站在巨人的肩膀上的，于是有这样的人间真实：甲乙两学派分别提出两理论，它们是并列的，基于相同的实验现象，但是使用的是不同的数学工具，特别是使用了不同的近似方法，而且两者不互相验证。结果是两个理论打架，具有完全不同，甚至颇显矛盾的化学图像。这样就会令后来的教学者十分头大：这两个理论都是化学知识，怎么把它们都教给学生呢？ 以上是化学科学，化学科学讲究学派，同一概念不同学派的解释就有不同，因而顶多在同一学派底下看论文好像一脉相承，但那些跨学派整理资料的综述就很糟心，综述作者但凡没能小心谨慎地辨别各资料所属学派对概念的解释有什么异同，那就容易造成各种纰漏，综述写得很不严谨。 其次化学的本性——多分子系统的物质结构、变化与平衡，因为这个多分子的特性，导致它的规律性本就较差，什么命题都能找出来相应反例，特别是用唯象前提所得到的结论往往很难唯象描述。 导致这规律性很差的学科，别说等价命题了，就连全称命题都很难做到。要么命题过于平凡（比如说金属和硝酸作用的产物都是无机物），要么有价值的命题总是需要排除无穷多个反例（比如有第二周期特殊性，有第四周期特殊性，有第六周期特殊性，总共就只有七行，那元素周期表干脆撕了算了），要么命题的结论本就是一团糟（隔壁量子力学都有仪器能看到光子从两个缝中的哪一个通过，但铜和硝酸反应的产物就没有仪器能检测到底是一氧化氮还是二氧化氮，全是一团浆糊）。 此外作为描述多分子系统的科学，对辩证逻辑的依赖颇高。对立统一规律、否定之否定规律、量变质变规律等，甚至概率阐述，这些都是经典形式逻辑或者墨辩所无法处理的。 然后是教育化学。我很难想象这个学科以什么方式存在着，它不同于“化学教育”考虑怎么把已经选好的知识教给学生，而是要考虑怎么选取知识（article类的理论/实验原始材料）、重组知识，来达到方便教学的目的。 比如说一开始阿伦尼乌斯说活泼氢 H+" role="presentation">H+\ce{H+} 写在化学式里面的才算酸，氢氧根 OH−" role="presentation">OH?\ce{OH-} 写在化学式里面的才算碱，结果闹出了纯碱不是碱的大笑话。然后富兰克林就提出溶剂酸碱理论，只有水溶剂里面才像那样只有氢氧化物才是碱，硫酸溶剂里面连硝酸都是碱（事实如此） NO_2+(sol) +H_3O^+(sol) +2HSO_4- (sol) }">HNO3(sol)+2H2SO4(l)⟶NO2+(sol)+H3O+(sol)+2HSO4−(sol)" role="presentation">HNO3(sol)+2H2SO4(l)?NO2+(sol)+H3O+(sol)+2HSO4?(sol)\ce{HNO3({sol}) +2H2SO4(l)->NO_2+(sol) +H_3O^+(sol) +2HSO_4- (sol) } ， 而且有的溶剂里面酸可以没有氢。 然后布朗斯特和路易斯同年分别发表质子论和电子论。布朗斯特提出共轭酸碱对的概念 H^+ +A^{\mathit{n}-1}}, \mathrm pK_\mathrm a">HAn↽−−⇀H++An−1,pKa" role="presentation">HAn????H++An?1,pKa\ce{HA^{\it n} <=>H^+ +A^{\mathit{n}-1}}, \mathrm pK_\mathrm a ，具有优秀的定量性质，使酸碱的强弱以 pKa" role="presentation">pKa{\rm p}K_{\rm a} 为准确标的。而且说所有酸碱反应都是以 pH" role="presentation">pH\rm pH 为标的的数个共轭酸碱对的平衡移动，不是100%进行的，而是达成化学平衡，体系具有确定的 pH" role="presentation">pH{\rm pH} 。这时候纯碱终于是碱了： H+ + CO3^2-}">HCO3−↽−−⇀H++CO32−" role="presentation">HCO3?????H++CO32?\ce{HCO3- <=>H+ + CO3^2-} 。路易斯则说，凡是仅有化学键的异裂、空轨道和孤电子对作用的，且不包含化学键极性反转的反应，都是路易斯酸碱反应。这套理论进一步包罗万象，把质子扩大到一切路易斯酸，定量性却不足（当然，也没有使用复数来判断反应 Nu-E}">Nu:+E⟶Nu−E" role="presentation">Nu:+E?Nu?E\ce{Nu{:} +E ->Nu-E} 所表示的酸碱性）。 阿伦尼乌斯、富兰克林、布朗斯特、路易斯的酸碱概念就完全不一样，甚至不是完全的一个包含于一个：除了阿氏最小，路氏最大之外，富氏和布氏的概念是交叉的！按道理说，高中讲化学平衡，讲有机化学，应该直接引入布朗斯特的质子理论以方便质子溶剂体系的酸碱平衡分析吧？它偏不，仍然抱残守缺地坚持着阿伦尼乌斯的“纯碱不是碱”拉跨酸碱理论，然后刻意制造麻烦。 此外就是高中化学对络合现象的有意回避，导致它损失了对许多现象的更好解释，无法解释，那便不严谨。比如 KSCN" role="presentation">KSCN\ce{KSCN} 遇三价铁离子，实际上是络合，但是很多教材把它写的和沉淀几乎没有区别。硝酸铁晶体是浅紫色，溶于无氯的强酸性水溶液中（抑制水解）也是浅紫色，加氯离子则变黄；硫酸铜溶于饱和盐水中溶液是绿色，加热至沸也是变黄，这些也都是需要用络合来解释的。 此外就是很多对现象的描述是无法区分是纯色还是混色的。比如前面说的这个氯化铜的绿色，还有溴麝香草酚蓝水溶液由碱变酸的蓝绿黄，绿色都是过渡色，是蓝色物种和黄色物种的叠加。这方面当然可以自然引到可见光谱上，但是中学又不讲。虽然这是表现了“颜色是颜色物质是物质”这一冰冷的事实，但是它失去了中文世界著书的微言大义传统，多写一个绿色会以为这是一个中间体，但是绿色只是缓冲色，不能挂到一种物质上。思维这样令人不舒服，就很难让人往严谨的方向去判断。 总之，感觉上的不严谨，一方面来源于认识的局限性，另一方面来源于化学学科的内禀矛盾：有价值的命题需要排除无穷多个反例，进入中学化学教材时却把对这些反例的排除给省略掉，直到做题或实验时被答案或现实打脸，“全是反例”；普遍成立的命题则过于平凡没有价值，就不进入中学化学教材。 |
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原来有这样一个段子： 物理是应用数学 化学是应用物理 生物是应用化学 心理学是应用生物学… 这个段子对学科之间的关系解释失之简单，毕竟more is different，但是讲实话一定程度上还是说明了一定的因果关系。理想的来说物理学是可以推理出化学的所有结论的。 数学是公理系统，对于中学生来说找不出毛病。其实在我看来所谓严谨就是说要有这样一个系统。 物理学的严谨本身出于两个方面，首先数学本身只是工具并不是科学（科学是不存在公理的），所以物理学本身就是自然科学的地基，不需要别的东西来解释。其次是经典力学和麦克斯韦的电磁理论已经可以容易接触到的绝大部分自然现象，甚至仅仅是经典力学已经可以解释大部分现象，而经典力学真的足够简单，难的部分主要是使用了复杂的数学工具，所以物理也是一个伪公理系统。 化学现代来说其实本质上就是物理的分支，其源头是原子层面量子力学，这玩意本身就不是中学生甚至低年级大学生应该掌握的东西，然后另一方面化学也不是简单的算真空中几个粒子的相互作用，在微观层面一些大分子本身已经只能靠计算机算类似一个黑盒子了，然后注意化学最终还是要对应宏观的，所以又是一个跨尺度问题。跨尺度从来都是麻烦事。 总的来说，化学是这样的：根源在一个中学生难以理解的理论上，而且即使掌握了这个理论，谁也没法用理论真的去严格的求解问题，太过复杂了。所以化学的底层其实就是一团糟的。 那么其实化学除了物理化学一开始能讲的只有一些唯象规律。就算是物理化学的东西，它的根也是热力学这种需要微积分的东西。对于化学来说，一些基本问题比如说为什么谁能不能和谁反应，我觉得有些像看数列找规律那种味道。 生物的话在我看来大家都清楚复杂程度更进一步，所以直接抛弃了一个整体性的逻辑。但是化学又试图有这么整体逻辑公理系统，所以结果上必然是不严谨的。 |
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不学无术的高三党飘过。 我们化学老师在被问到某些较奇葩的问题时总是如此回答 【老师为什么AlCl3是共价化合物？】【特例，你要记得】 其实自然界不存在ALCL3只存在AL2CL6是吧= = 【老师为什么这个不对称烯烃和卤化氢加成那个氢要加在氢多的上面？】 【一般都是这样，你要记得】 这是其实反马氏是吧？ 【老师这个反应在co2通入过量的情况下为什么生成的是HCO3-不是CO3 2-】 【跟你们说了多少次了！过量生成酸式盐少量就是正盐啊！！葽背牢！】 老师这个完全可以拿高中教材里面的东西解决好吗... ........................................... 碰到这种明摆着不负责、只认高考分、没点方法、顽固死板的老师化学只能认栽...一开始就没了个兴趣，你化学混不混乱管我啥事，我只要高考混分就行了——所以好多大学化学系招不满人 233333333 偏题了= =忍不住吐槽.... 我手贱翻了大学教材之后把初中高中建立的化学观全毁了... 就比如说几个很浅显的，高中说铜离子是蓝色的，我去，那明明是四水合铜离子；高中说Al是个比较特殊的金属啊，跟强碱反应生成偏铝酸根啊，金属就这一个特例啊...我去，没什么偏铝酸根好吗，到处都是金属能和氢氧根通过配位键结合好吗..... 好吧你高中化学教材这么不负责任就算了，问题是有些出题的不要羡高端把出题角度往大学教材上面靠啊！！！黄冈的爱出【磺酸基有占位、定位、钝化效应，所以间二苯酚的硝化先磺化的好处是？】（是尼玛啊！！！问题和前面一节关系大吗！！）【下列哪些适合用水蒸气蒸馏法】还有经常有有机实验题里面问【这发生装置里面加AlCl3的作用是？】我是要答作Lewis酸提供空轨道？出题的生怕我们不知道你大学是学化学的是吗！！！ 总结 高中化学的存在意义有两种，一是应试教育产物，二是做“幼儿”科普。 ——————————————分割———————————————————— 吐槽 楼上那个自称高一化竞渣的存心是在找优越感？每个地方都强调一下你是【高一】【学渣】但是你又满口量子力学薛定谔方程，谦卑过度？还是通过如此方式求存在感？ |
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我就讲一个我自己身上的故事吧。 我当时在北京东城区（比不上海淀西城，但是也算教育很好的区了）的一所中学就读初中。具体哪所学校我就不点名了，总之该校是二类校里中等偏上的水平，我所在的班级是年纪里的重点班，而教我们化学的则是学校的教务主任。 总之就是一个还不错的学校，以教务主任的身份，化学的教学水平也不会差到哪里去。 然后我当时的化学成绩非常好，经常去问老师问题。 有一次学完无机盐这一章，我去办公室问老师：“老师，为什么碳酸钠（Na2CO3）是盐，但是溶于水后却是碱性呢？” 老师当时严肃的看着我，语重心长地说：“这个问题，很多科学家都在寻找答案，但现在仍没有可靠的解释。老师希望你能够努力学习，今后可以解决这个问题。” 当时年少的我，看着老师离去的背影，顿时举得无比高大，小拳头攥的紧紧的，心中暗暗励志此生定要解决这个世界难题，碳酸钠到底为何溶水之后是碱性，不死不休！ 一年多之后，高一的我学了一章叫离子平衡的课，顿时就感到人生没有方向了… |
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化学之所以不能被简化成物理，以及认知科学之所以不能被简化成神经科学，是因为： 1，我们尚没有能力去搞明白所有的“理”，于是只能去试图围绕“相”来归纳总结。如我们尚且搞不清楚神经元的复杂作用机“理”，于是只能在认知的“相”层面去加以分析。 2，我们虽然已经搞清楚了与一个事件相关的几乎所有的“理”，但直接通过“理”来研究推导“相”，相对于直接围绕“相”来归纳总结，在功利层面，要复杂和低效得多。如我们大致搞清楚了化学反应背后几乎所有的物理道“理”，但相比直接通过实验来总结归纳某个化学反应的一切特性，直接通过围观的“理”来推导这些特性，计算过程复杂到蛋疼。 而我们今天所说的大学及以上水平的化学，分为两个部分： 1，围绕“相”来归纳总结，以及通过归纳总结来研究已知“理”和“相”之间的关系 -- 这部分属于“真正”的化学 2，研究“相”背后的“理” -- 这部分其实不应该称为“化学”，而是“与化学有关的物理” 而中学化学（默认是高中化学），仅是告知你人们对“相”的归纳总结的部分结果，以及一小部分人们对“理”和“相”之间关系的充满比喻以为的简化表达。 我并不确定何谓“不严谨的感觉”。如果猜想的话，可能的原因是，“真正”的化学从来都不是一个“理学”，而是一个“相学”。 |
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因为科学的本质是主观的猜测，相比迷信，它只不过有更多的实验依据而已。 你说物理是稳固的大厦，但是物理的公式其实也是人民利用现有的实验数据给出的可能的数学公式的猜测而已。比如说牛顿的经典力学，从相对论角度来说并不是对的，但是如果在速度远小于光速时，牛顿力学就是其近似解。同理，我相信相对论也不会是完全对的，它只是对于事实猜测的一个子集而已。 我们初中的时候就学了经典力学，那么到高中了解到相对论，你就认为初中学的全部是错的，要全部重新来一遍么？甚至痛恨初中为什么会采用错的教学课本？ 你不会。为什么呢？因为对于我们生活来说，牛顿力学完全够了。牛顿力学作为相对论下的一个近似解，对于刚刚了解物理的人来说，是一个非常有利的入门工具。甚至在完全不了解相对论、量子力学等等高阶物理知识下，牛顿力学的知识对于普通人生活而言已经足够了。 物理学的进化过程也是人类对现实世界理解更深一步的过程。而我们课本上从牛顿力学开始，慢慢过渡到相对论、量子力学，其实也是和人类研究物理学的时间轴同步的。当只有你有前面的“错误理论”的前提下，你才能对更高级的理论有深入理解。 现在来说一下化学。化学的基础是物理学，而化学则偏重在物理学的基础上进行物质变化的研究。 对于人类历史来说，化学是怎么发展的，你的课本也会参照这个流程教你。比如，最初人类发现了空气中有一种物质能够支持燃烧、提供呼吸，然后命名为氧气。所以初中化学课本上基本都会最早讲燃烧，当时你写的化学方程式是这样的：氧气+碳=(燃烧)=二氧化碳、氧气+磷=五氧化二磷、氧气+硫=二氧化硫……你甚至不知道，氧气有一个分子结构，每个氧气分子有两个氧原子； 接下来你才会学习分子、原子。然后你自豪地学会写了英文的化学方程式，甚至还学会了配平。再后来，老师告诉你为什么氧气分子是两个氧原子组成而不是其他数目：因为氧元素的原子最外层有六个电子，而八个才可以达到稳定结构。两个氧原子项目结合，公用一对氧原子，所以都达到了稳定结构。过去研究化学的化学家也是这么认为的。但是自然界中总有一些例外，比如：臭氧。所以以这种方式虽然是错的，但是可以帮你理解大部分物质，所以是一个较好的猜想。 等你上高中了，你会知道这种组成氧原子和氧原子的结构叫做“共价键”。 区分于共价键的还有一种叫做离子键，我相信高中老师天天都会让你们区分物质中到底是共价键还是离子键。但是当你知道了电子云理论之后，你就会知道，离子键和共价键的本质是一模一样的，只不过离子键比较极端，公用电子云几乎全偏向了一边（就好像被抢过去了一样，但实际并没有）。但是错误的理论并不影响绝大多数的实验结果，反而因为简单而更好理解。所以化学键理论并没有被全盘否定。甚至，化学界不再从更高级的理论去判定过去的定义是否正确。因此，至今为止，我们的课本上还告诉你，氯化钠晶体中氯和钠都是离子形态。（其实可以这样理解，当钠最外层的电子99%以上的概率都出现在氯周围，1%以下的概率出现在钠周围，那么可以认为钠和氯都是离子形态） 接着你会学到杂化理论。然后很多过去解释不了的结构（比如当年的臭氧）也差不多可以解释了。 再往后，你会学到分子轨道理论。这个理论说的是，电子并不是绕1个或者2个原子核旋转，而是绕整个分子旋转的。也就是说，一个超级大的分子（比如一个蛋白质分子、一个DNA分子），他们在这头原子上的一个电子，可以跑到远在天边的另外一头。同理，金属、晶体其实整个都是个“分子”，电子可以在其中自由移动。 总的来说，科学是因为某些东西现有理论解释不了了，所以才会产生新的理论，不仅可以涵盖过去的理论，而且可以解释新的东西。科学是主观的，而不是客观的。科学与迷信只有一墙之隔，那就是科学可以有实验证明。但有实验证明并不能认为科学就是对的。不过即使是一些错误的科学，它也不能全盘否定。就像牛顿力学，它在日常生活中完全够了。化学也是如此，对于初中生来说，让他们理解到分子原子的角度完全就够了；对于高中生来说，理解价键、分子的立体结构、杂化理论等，就完全能够让一个高中生自己创造很多很多的化学反应了。对于不同需求的人，科学也可以是不同的。也许有一天，科学家发现一个新的物质，然后把现在已有的化学理论全部推翻也不是不可能的。 ===============小尾巴============= 题主已经4年没摸化学了，所以很多东西都快忘掉了，如有错误还请原谅。题主高中是数竞党，不过是个狂热的化学爱好者。大学是学计算机的，所以再让我讲更高深的理论我也讲不出来啦hhh。不过理论不重要，重要的是思想。 |
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高中时候因此更加喜欢化学，因为上课的时候有很多“不可说”“不可问”的疑点，而且很多化学结论是建立在统计学角度去看的。包括很多种命名的反应。比如酸碱中和，比如氧化还原及其他。道理上面虽然说得通，但我们从来没有接触过本质，有些只是根据先辈们提供的一些值，比如氧化性和还原性。 虽然高中以后就没有碰过化学，但我到现在依然觉得化学有一扇们目前还没有被人打开，我依然觉得化学反应是可被计算的，只是可能这种计算非常复杂。但是有了高性能计算设备，我想任何一种反应都可以被计算，得出一个固定的结果。很多人尝试去寻找这种统一的，必然的规律，常常一无所获，后辈们前赴后继。 折叠我吧，我又胡说了。 |
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因为严谨的课程讲了你也听不懂 我给想严谨学化学的人设计了一套和现行教学顺序略有不同的大纲 初三上: 化学基础(元素，原子，分子，电子排布…) 初三下: 量子化学基础(算符，薛定谔方程，简单体系的解析解法…) 高一上: 量子化学1(基组，HF，DFT的原理…) 高一下: 量子化学2(各种分析) 高二上: 量子化学3(各种算法及并行实现) 高二下: 半经验量子化学(半经验、分子力学) 高三上: 热力学和统计力学 高三下: 分子动力学 大一正好在严谨理论的指导下学习无机和分析化学，完美衔接 |
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很多老师应该都会强调，化学是一门实验科学。 因此实际上化学恰恰是在中学阶段最适合用来培养科学素养的学科。 中学阶段的化学的理论知识，都是对实验现象的总结归纳，是非常简化的模型，但是每一种解释的理论，比如对于共价键，从经典的价键到VSEPR模型、杂化轨道理论再到分子轨道理论；比如对于配位键，从孤对电子配空轨道的经典解释到晶体场再到分子轨道理论；比如对于酸碱的定义从阿伦尼乌斯酸碱到质子酸碱再到路易斯酸碱……背后都是人类认识世界的过程。如果不仅能意识到旧理论的不足，而且能看到这些局限产生的原因，那就是福缘不浅了。 |
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