化学反应
现在让我们研究有关化学反应的概念。化学反应的发生是由于反应物分子在移动中相互间发生激烈的碰撞足以使化学键断裂，从而发生各原子间的交换，同时产生了新的分子。
也可以是一个分子的振动，激烈到足以破坏其化学键，形成更小的分子。这些阐述构成了对化学反应简明但却是基本的解释。更进一步探究，我们引入活化能概念，从而可以解释为什么一些反应进行得很迅速，而另一些反应在室温下，其速率几乎是难以测出的缓慢。这些就是使学生理解化学反应如何发生所需的最低限的知识。至于所有那些通常较详尽的阐述—建立反应速率的曲线图，反应级数，反应定律及其积分公式等等，相对于上述的基本概念来说，都是次要的。那些较详尽的阐述对于化学系的学生是重要的，但我怀疑在初级化学课中，学生学习它们是不是必要的。
然而对于化学反应来说，却还有许多是应当提到的，可能是由于在6个主要观念中，化学反应是最重要的，因为各种各样的化学反应是化学的核心。从炼金术时代起，试图了解化学反应一直是化学家的首要目的。现在我们已经认识了许多不同类型的反应，但在其中特别应指出的两类，即酸碱和氧化还原反应，在全部无机、有机和生物化学反应中，它们是十分重要的，因此，我确信在初级化学课中应给予足够的重视。但是不能仅简单地从定义即质子的转移和电子的转移上，就能对它们作到彻底的了解。而对它们的介绍应是让学生通过在实验室中亲自观察实际反应的进行，或者求其次，也要参加演示教学实践和收看录像。这两种反应类型再加上一些其它的类型如生成沉淀的反应以及有机化学中的加成反应、取代反应等；可以使我们了解学习化学中所用到的数以千计的反应的本质。关于忽视化学反应研究的部分原因是认为这些内容在初级化学课中是属于描述化学的，因而认为是枯燥的。当然单纯描述性的，确实枯燥，但当今化学的发展已远远超越了单纯描述的阶段；了解反应的实质，并在特定的目标下应用它们，已是化学家理应设法做的事。多数工业以及纯理论的化学关注新物质如材料、塑料、药物的合成，以及选用更好的方法，包括价格重便宜、更符合环境要求的方法等来制备现在已知的物质。那么，在化学世界里，什么是最令人鼓舞的成就?那就是制备诸如某些稀有气体和富勒烯等新分子。因此，理应更加重视许多富有想象力的化学家所从事的很了不起的事业，从而在制造更多新分子的道路上继续前进。这样就可以向学生们显示化学会对启发创造性和想象力提供无穷的机会。
元素周期表对于了解化学反应及其分类是很有帮助的。在化学发展史上它曾起了如此重大的作用，从而在确定化学主要观念时，不能不把它纳入其中。应特别强调指出的是早在人们比较详细地了解原子结构之前，门捷列夫即发明了这张对更好地了解元素和化合物性质及其分类的表。至今它仍然是化学家们达到以上目
的的有力工具。在了解化学反应当中，我们还较广泛地应用如电负性、原子的大小、原子实电荷或有效核电荷等概念，这些概念都可以从此前阐述的简单原子结构模型直接推导得出。
能和熵
最后，我们需要知道为什么有些反应能发生，而另一些反应却不能，或者更确切地说为什么一些反应当只有很少一点生成物产生就达到了平衡，而另一些反应实际上是完全反应了。要弄清以上的问题，需要热力学的知识——特别是应用能和熵的概念和热力学第一定律、第二定律。热力学对学生来说是学不到的，正式
的热力学方程更不可能学到。如果依据正规的教学过程进行，那是很枯燥的和比较难的。有人甚至认为熵是一个令人害怕的词。它似乎给人一个既抽象又难以理解的印象。但是我们并不需要这样做。每一个人都能够理解混乱度的概念，它实际上涵盖了熵的全部内容。学生已在讨论分子运动论时遇到过无规则运动的概
念，化学反应能产生是整个宇宙(更简单地是指反应体系及其环境的总和)的混乱度在增加。这样，对放热反应来说，热量转入环境，使环境的熵值或混乱度增加了。在通常情况下，大多数反应是放热的，因为释出的热量转移到环境，使其熵值或混乱度得到很大的增加，一般来说，这比在反应体系内熵值或混乱度减少的数值要高。但是我们也会遇到吸热反应，这时体系的混乱度增大，由于反应体系从环境吸热而比环境混乱度减少的数值大，因而总体上来说，熵值或混乱度也是增加了。这就是理解热力学在化学反应中的作用的全部内涵。即一个反应能够
进行的条件是反应体系和环境总嫡值增加。这样，就并不需要更多地涉及自由能概念及其公式如△G=△H-T△S，学生们即可懂得许多重要的观念。我认为在初级化学课中并不需要再学得更多了。要知道在教学中塞给学生许多方程式并不能有助于使学生对基本概念的理解，如果对基本概念并不理解，只从数学上求得一些问题的解，是很枯燥的，只能是一些引不起兴趣而又互不相关的练习而已。
应将大一化学建立在主要观念的基础之上
我认为在大一化学课中以上这些主要观念应使学生对它们得到最基本的理解。对化学系的学生在整个课程中可以扩展它的内容及其应用。对于其它自然科学、工程和药学等系的学生在以后的课程中，还能得到进一步的学习。我所指的是在大一水平对于这些概念必需阐明的最低要求。尽管有些教师还希望多教些，但我并不认为还需要更多地介绍了。在任何情况下，需要花费在学习上的实际时间，只应是保证对这些主要观念得到真正的理解。我们却很需要用大量的不同类型只是定性要求的习题去实际测试学生对这些观念的理解情况。而定量要求的习题往往得到的是将多种数字填入死记的式子中所形成的答案；一般来说这对于测试学生对观念的理解，其作用是很小的。在大一水平介绍上述观念只要求给予必需的内容，而并不必要花费所有可提供的时间。如果加大份量则必然要耗费很多精力去解决现行课程中的主要问题，其中如更大量的教材，对抽象理论要求给以过多的重视；这样必然会缺乏足够的精力花在化学反应上，几乎没有时间花在与人类有密切关系的教材如环境化学、材料科学、高分子化学和生物化学这些能使化学课更新、现代化的内容上。而这些内容如在普通化学中不给予介绍，则不能说我们是真正在讲授现代化学。
那么，我们究竟应该从整体上讲，怎样介绍这些基本观念呢?我认为，对每一个观念不应该是一次性地全部完成教学，而应该是形成系列，因为它们中的大多数都是很早就需涉及。最好的办法是早些介绍这些观念，但并不是一下子讲完全，接着就要指出怎样应用它们去认识物质的性质和它们的反应，而后，当需要这些
观念时，再作进一步的阐述。也就是说，我们只是应用这些观念去合理地解释选取尽可能多的简单、为人们相对熟悉、较普通或日常生活中关系密切的有限数目的物质性质及反应。然后我们能够向学生揭示这些观念对于理解现代化学正发生的许多新进展，如环境化学、材料科学和生物化学等领域的知识时，会给学习者打下一个良好的基础。学生将会在有关应用这些观念的课文中能更全面地意识到化学中主要观念的重要性和实用价值。
武永兴(课程教材研究所)编译自[美]化学教育1997．7
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