听小孩哥破解化学方程式的秘密

又是新的一周，我和罗罗再偷个懒，继续跟孩子约稿了一篇：化学。

每次开头，我们两都会不厌其烦重复说：我们两不是教育博主也不是专家，我们写的内容谈不上专业，更不能成为万精油。仅仅是输出一些不同角度的思考，便于大家也打破自己的“既定路线”，一起开阔思考下。我们更多的是养育和教育方法的思考，但看拿云学习的过程中，会发现他在学习方法上会有一些自己的切入点和总结。不论养育还是学习，具体的方法都不能照搬，但借鉴一些思路，都是相通的。希望拿云的这篇分享，可以帮助到弟弟妹妹们找到自己学习化学的方法和节奏。

下面是来自我和罗罗向拿云约的文章，这篇文章是他昨晚花了一个半小时写的，也许会有笔误和遗漏，但是我们不会去动他文字，保持原文。

引子：为什么化学需要“背”？

很多同学刚开始学化学时，都会有一个共同的困惑：那些像天书一样的化学方程式到底是什么意思？ 为什么反应要写成这个样子？为什么两边的原子数目一定要相等？背下它们似乎成了学习化学的唯一方法。

这不怪我们，首先从化学教育方面，化学课时少（一周三节左右）、最多初中只学两年、起步晚，大部分学生没基础，课堂讲得快，与生活接触少，所以难以理解了，不像数学从小学到初中整整九年的循序渐进——从日常分蛋糕到分数，再到分式方程；从买菜到加法再到四则运算。

其次，化学是一门实验科学，基于实验提出假设，做实验验证假设。很多时候化学家也只知道“是这样的”，不知道“为何这样”，但即便如此，也无需死记硬背，我们需要培养化学兴趣、化学思维，像学习语文一样大量阅读（化学科普内容、有趣的元素介绍），培养化学“语感”，悟出化学反应的规律。

我们至今都无法解释很多化学现象的确切原因，但是我们仍然有理论告诉我们这样发生的道理，借助这些理论就可以减少记忆量——当然，实验科学里的实验部分，为了学术交流的规范性、统一性，实验仪器的用途和名称肯定是需要记忆的，就像数学大部分内容都是理解后推导应用但概念仍然必须记忆准确一样。

合理使用教材上的理论、从小培养对化学的兴趣与“语感”（多看化学科普书，例如对元素性质和运用的科普书）、借助比喻来理解，适量熟悉考试题目，就可以实现少背、理解、多做对的目标了。

化学抽象的开始：化学方程式

就像数学终究不可能停留在几个苹果的研究深度，任何理论都需要一定的抽象才能实现归纳总结现实里的现象，例如语言是把现实里有着细微差别的一些东西抽象为了词汇；数学是把物体极度抽象为均以、平等、相同的“数”的概念，并引出更多的数，探索数的固有属性等等。

化学方程式是化学变抽象的开始，也是让学生觉得开始“上难度”的地方。化学方程式可以描述更多的实际现象，因此也不局限于日常中简单的木头燃烧的描述了；化学方程式代表的一个反应过程，但是物质的反应非常多，为什么“是这样”而不是“那样”呢？化学方程式本质又代表什么呢？

有这样的疑惑其实是因为我们还没有拿到解开化学密码的钥匙。化学的本质，是讲述原子如何重新组合，构成新物质的故事。而化学方程式，就是这个故事的起因与结果（经过太复杂了，初中不会学习），它告诉你这些物质放在一起会变成什么。

但是怎么理解化学方程式呢？虽然初中的化学方程式一点也不多，但是如果不理解，我们就没有办法在实际题目场景中运用我们所学的知识进行推广扩展来解决实际问题了。所以必须要理解它们。

怎么理解化学方程式呢？让我们一步一步从一个典型的例子来理解。

• 结合结构了解元素的性质：
  

如果你大量阅读了化学书籍，就会对不同元素的“性格”非常了解，但是从理论上了解它们也很简单——我们只需要知道它们的原子结构（原子结构必须记忆，这是科学家为了交流方便定义了不同结构原子的符号，但本质的元素“性格”和符号毫无关系），从原子结构进行分析，如果还不理解的话可以借助比喻。

Na最外层只有一个电子，所以它只需要失去一个电子就可以变得稳定——最外层电子达到8电子稳定结构。

O最外层已经有6个电子了，只需要获得2个电子就可以稳定了。

H虽然最外层只有一个电子，但是它电子离原子核很近！（Na的最外层电子离原子核有很多电子的负电屏蔽了部分原子核的正电吸引力）所以它相对Na不太喜欢失电子（H2O只的O-H键是共价键，但是O的吸电子能力强——它的核电荷数大、外层电子多倾向于得到2个电子稳定而不是失去很多电子，所以O-H键中O带有一个部分负电荷，H带有一个部分正电荷，因为电子更向O倾斜），所以H和O共用电子是有“代价”的，但同时这种不公平的共用也一定程度满足了H核外2电子的稳定结构，这也让H有被Na还原的倾向（+1->0）。

• 分析元素性质在此处的作用：

Na很希望失去电子，所以把电子“给”了O，O“吃饱”了电子，就不需要H了，H也不会被O“抢走”电子了，所以它自然可以离开了。但是这么多水，只有一些Na来“分”，所以一个O只能占据一个Na，保留一个和H的共用（O2-在水里不太稳定，可以姑且理解成O吃太胖了一个人分走好多电子大家不满意，于是H2O把自己的H+“塞”给O2-，大家都变成稳定一些的OH-）。

• 综合分析，推断反应机理：

Na失电子后变成Na+，带正电；电子被H2O捕获，H2O分解成OH-和H，其中OH-带负电。正负电荷相吸引，形成NaOH（在高中你就知道其实水溶液中阴阳离子是自由的，基本上不会一一配对，但是因为晶体中它们确实会通过离子的电荷吸引作用形成一种叫做“离子键”的化学键，所以我们把这种物质按照结构叫做NaOH，表示由氢氧根和钠离子组成。不带电荷是因为正负电荷整体消掉了，我们不写可以暂时理解成这样的一个个最小单元如果真这样那么就电荷不平衡不稳定了。所以Na+和OH-通过离子键结合形成电中性的氢氧化钠）。

剩下的H还是渴望达到稳定结构，现在不需要和O搭配被抢走电子了，所以可以和自己的“兄弟”H进行结合生成平平等等的H2（可以暂时理解为O是一个电子大盗，直接强迫和H不公平地共用）。

• 得到没有配平的方程式

左边是题目给的，按照上面的分析，右边的产物应该是NaOH和H2。

• 配平化学方程式

怎么配平呢？对于这个例子很简单，右边是NaOH，左边有2个Na，Na不可能凭空消失，所以右边是2NaOH，发现O的数量对了，Na的数量对了，看看左边有个H，右边2NaOH里已经有2个H，一个H2也有2个H原子，所以只需要补一个H2。

• 特殊符号要标记

对于沉淀大部分情况下需要标注“”，对于气体产物有时需要添加“”来标注（大部分在溶液中的反应都需要标注，可以理解为对于溶解度不太大的气体大部分产物就会咕噜咕噜冒泡泡）。反应的条件例如加热、高温、需要催化剂这些都需要在合适的时候标注它们（在等于号或者箭头上）。

所以，综上所述，经过这样的过程分析后，我们就知道所求方程是

进阶与拓展：遇到更复杂的情况怎么办？

很多同学经常会遇到配平化学方程式的问题，方程式一复杂，感觉平时的“直觉法”就不管用了，那有什么实用性广的“万能方法”吗？

有的，当然有的。

来看一下这道配平的题目，一步一步教你配平：

1、第一次设未知数

设的系数为，的系数为。

2、用未知数表示系数

由于反应前后的元素微粒守恒，而硫元素只在出现了，所以的系数也为。发现氢元素在方程左边只在中出现，右边中含的氢，所以的系数为。只在左边的中出现，右边只出现在，所以的系数也为。含有的氮，左边的氮总量为，所以的系数为。

所以我们目前得到了这样的方程式：

3、利用守恒量构造方程组

目前氧守恒的条件没有利用完全，所以可以左右利用氧守恒构造等式（注：如果守恒不够用，也可以用其他微粒的守恒，还可以用电子转移守恒）：

化简一下：

这时我们只需要取一组最小的、让左右两边所有系数最大公约数为1（这一组数互素不可约）的取值。，仅当（整除）时为整数。直接取即可。

所以带入，得到：

所以，得到结果：

小结：遥遥化学之路

希望看完了这篇文章，能让您有所收获，知道怎么去学化学，怎么学好化学，怎么淘汰掉死记硬背的方法，以兴趣为导向，轻松愉快地学习化学。

化学是一门不断发展的科学，我们的学习也是循序渐进的。现在初中阶段的一些有趣的理解方式，是为了帮助我们更好地入门。等到高中和以后，老师们会带领我们学习更深入、更精确的理论，来解释这些现象背后更复杂的原理。那时的知识，不是对现在知识的否定，而是一种深化和扩展哦！

感谢大家阅读，希望弟弟妹妹们也能喜欢上化学这门优美的学科。

收到拿云的投稿时，我问家有二年级孩子的同事，看拿云的分享会焦虑么？她说，不会，差距太大了，只会仰望，不会焦虑。我说，OK，那我跟感受差不多，这些年我看着拿云从小科普博主到理工学科闪闪发光，也从没因为自己孩子达不到而焦虑过。欣赏美好事物的同事，能得到一点儿启发为我所用，感觉就很好了。

所以，我们邀请拿云小朋友来给弟弟妹妹们分享，也是为了给大家展示一种新的可能性。这扇窗，不是为了让我们看到距离，而是为了让我们看到，学习化学原来还有这样一种有趣的方式。

他不是在展示一个需要模仿的“标准答案”，而是在分享一种最宝贵的好奇心和思考的乐趣。这份乐趣，每个孩子都可以拥有，但形式可能完全不同。

• 我们的孩子可能现在还不会去推导复杂的方程式，但他可能会在看到醋和小苏打混合产生大量气泡时，兴奋地大叫：“妈妈，快看！它们打起来了！”

• 可能现在还不会去研究原子结构，但他可能会在炒菜时好奇地问：“为什么牛肉从红色变成褐色了就熟了？这也是化学反应吗？”

• 他可能现在还不会写长篇大论，但他可能会在雨后指着锈迹斑斑的铁栏杆问：“铁是不是出问题了？”

瞧，这些都是科学思维的开端，同样珍贵无比。

所以，我们真正要做的，是保护好他们心中那份天然的、对世界的好奇心。

如果我们想鼓励孩子，可以怎么做呢？

1. 聊聊天，多提问：就像文章里说的，看到一个现象，多问几个“为什么”。就算不知道答案，和孩子一起猜一猜，查一查，这个过程本身就充满了乐趣。

2. 一起读有趣的科普书：市面上有很多优秀的化学启蒙绘本、漫画和读物，它们会用故事和图画来讲化学，非常适合亲子共读，一起培养“化学语感”。

3. 把厨房变成实验室：烘焙、做菜本身就是一场场化学反应。让孩子打鸡蛋、看面粉发酵、观察糖的焦化，这就是最生动、最美味的化学课。

感谢我们的小孩哥，用他精彩的思考，为我们所有人上了宝贵的一课。他让我们看到，当知识被理解时，会焕发出怎样的光芒。

希望我们都能被这份光芒照亮，感受到思考的乐趣。愿我们和我们的孩子，都能永远保持对未知的发问和对探索的热爱。

这，才是学习最美好的样子。

Read More

育儿干货I好物分享I诚意满满