比较思维教学应用与实践探析

一、比较思维及比较方式

比较思维是就客观事物存在的某些问题或特性，进行比较实验、分析、思考，以获得知识、技能和探索新知的思维方式和学习方法，是一种建立在学生自主学习和比较探究基础上的学习方法。学生可以通过图表比较、实验比较、性质比较、平行比较、交叉比较、重复比较、空白比较、多元化比较、差异性比较等比较思维方式，归纳总结并完善化学知识体系，形成具有独特个性的认知体系，从而激发学生的学习兴趣，培养学生比较学习能力，提高课堂教学效率。

在化学教学中，要引导学生应用比较思维分析物质间的内在联系，全方位、立体化地思考比较、观察问题、提炼信息，运用合理、快速、准确的比较学习方法思考和答题。在考试中不能每一种方法都考虑，不能花太多的时间去思考哪一种方法好，要强调在较短的时间内能够快速而正确地思考，这就是好思维和好方法。

二、应用比较思维探析碘受热三相实验

1.碘相图的比较分析

众所周知，碘受热升华。那么，碘能液化吗？在《全日制普通高级中学教科书化学（必修）第一册》（人教版，2007年第2版）第65页表4－1“卤族元素单质的主要物理性质”中，单质碘的熔点是113.5℃，沸点是184.4℃，那么怎样解释第65页［实验4－8］中碘的升华现象呢？碘的相图如图6.1所示。

图6.1　碘的相图

从碘的相图分析，O㊣点为三相点，表示固体碘、液体碘和气体碘三相同时存在且呈平衡的状态，是一个不变体系。AOB㊣为碘的固相区，AOC㊣为碘的液相区，BOC㊣为碘的气相区，每个区域是一个双变体系，温度和压力可以在一定范围内任意变化，而无新相出现。OA、OB和OC㊣曲线是单变体系，温度和压力不能任意变化。从图可知，碘的三相点的压力是11.96kPa，温度是114.16℃。碘的正常熔点是113.5℃，三相点的压力小于大气压力（101325Pa），要使固体碘升华，从AOB㊣进入BOC㊣，必须使碘的平衡蒸气压小于11.96kPa，温度低于114.16℃；如果外压大于11.96kPa，温度高于114.16℃，固体碘由AOB㊣进入AOC㊣，碘就能熔化，便会出现液体碘；在大气中加热足量的碘，温度迅速提高到113.5℃时，也会看到碘的熔化现象。这时固、液和气三相达到平衡状态。

2.碘受热后液化的比较实验

［实验步骤］以酒精灯微小火焰（焰长不超过1cm，最粗处直径为0.8cm）作热源，分别在使火焰接触碘升华管和不接触碘升华管且焰尖与碘升华管保持一定距离的情况下，加热碘升华管（参照中学教材［实验4－8］“碘的升华”）。

［实验现象］①当火焰接触碘升华管时，加热约0.5min，碘升华管里大量紫色蒸气出现，碘粒很快液化；②当火焰尖与碘升华管之间的距离从3.5cm增至5cm，加热时间从2min延长至5min，碘亦会液化；③若盛碘的碘升华管不洁净或碘的纯度差，碘将会过早液化。

综上所述，当某物质三相点的压力大于大气压时（101325Pa），必须加压、升高温度，使其达到三相点，该物质才能熔化。当物质三相点的压力小于大气压时，迅速加热，使固体物质蒸气压达到三相点的压力，温度达到三相点的温度，该物质就熔化。

三、应用比较思维解化学试题

1.比较思维在解“缺项配平”试题中的应用

针对《全日制普通高级中学教科书化学第二册》（必修·选修），人教版，2007年1月第2版）第26页复习题第二题第（3）小题的解答提出如下探讨。

［题目］配平下列氧化还原反应方程式。

___FeSO4＋___HIO3＋______Fe2（SO4）3＋___I2＋___H2O

［分析］缺项配平氧化还原反应方程式的一般解法是：先补后配或先配后补。一般所缺项的物质为：酸（H＋）、碱（OH－）、H2O。教学中，通过对该题的教学实践得出如下几种可能（依据氧化还原反应的规律还有其他可能）：

①10FeSO4＋2HIO3＋5H2SO45Fe2（SO4）3＋I2＋6H2 O；

②10FeSO4＋2HIO3＋5SO35Fe2（SO4）3＋I2＋H2O；

③10FeSO4＋4HIO3＋5H2SO35Fe2（SO4）3＋2I2＋7H2 O；

④10FeSO4＋4HIO3＋5SO25Fe2（SO4）3＋2I2＋2H2O；

⑤10FeSO4＋8HIO3＋5S5Fe2（SO4）3＋4I2＋4H2O；

⑥2FeSO4＋2HIO3＋H2S Fe2（SO4）3＋I2＋2H2O；

⑦5FeSO4＋16HIO3＋5FeS25Fe2（SO4）3＋8I2＋8H2O

2.比较思维在解氧化还原反应试题中的应用

［题目］2009年普通高等学校招生全国统一考试试题卷（Ⅱ）理科综合第6题。

物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是（　）

A.1∶4　 B.1∶5　 C.2∶3　 D.2∶5

考查意图：考查意图包含能力意图和知识意图，其中知识意图又包含再现知识和知识扩展。此题是一道有关氧化还原反应的计算型选择题，源于教材而又高于教材，很好地体现了《考试说明》对计算题的要求，体现了试题以能力立意的思想，考查学生的知识再现能力、提取信息能力、思维推理能力和有关计算方法及计算能力。这部分内容是教学的重点、难点，也是历年高考不可回避的热点。

［再现知识］

Cu＋4HNO3（浓）Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

3Cu＋8HNO3（稀）3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

［知识扩展］

Fe（不足）＋6HNO3（稀）Fe（NO3）3＋3NO2↑＋3H2O

3Fe（过量）＋8HNO3（稀）3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

Zn＋4HNO3（浓）Zn（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

3Zn＋8HNO3（稀）3Zn（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

4Zn＋10HNO3（较稀）4Zn（NO3）2＋N2O↑＋5H2O

5Zn＋12HNO3（很稀）5Zn（NO3）2＋N2↑＋6H2O

4Zn＋10HNO3（极稀）4Zn（NO3）2＋NH4NO3＋3H2O

（5－x㊣）Zn＋（12－2x㊣）HNO3（浓）（5－x㊣）Zn（NO3）2＋

2NOx㊣/2↑＋（6－x㊣）H2O

解法一：半反应关系式法。

［解析］设该反应中被还原的硝酸为x㊣mol。

4Zn—4Zn2＋|失去8e－　2HNO3—N2O|失去8e－

4　　8　　2　　8

2mol　　4mol　　x㊣　　4mol

由2∶x㊣＝8∶4mol得x㊣＝1mol。故该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是1∶4。答案A正确。

解法二：电子守恒法。

［解析］设有2mol Zn参与反应（Zn无剩余），x㊣mol HNO3被还原为N2O，根据得失电子守恒有：2×n（Zn）＝n（HNO3）×4，则n（HNO3）＝1mol，即有1mol HNO3被还原，故答案A正确。

解法三：根据反应方程式计算法。

［解析］设该反应中被还原的硝酸为x㊣mol。

4Zn＋10HNO34Zn（NO3）2＋N2O↑＋5H2O∣2HNO3（被还原的硝酸）

4　　2

2mol　　x㊣

则由4∶2＝2∶x㊣得x㊣＝1mol。故答案A正确。

解法四：分子关系式法。

［解析］设有2mol Zn参与反应，因Zn无剩余，则最终生成了2mol Zn（NO3）2，显然含有4mol NO3－，这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3，则参与氧化还原反应的有1mol HNO3（一共有5mol HNO3）。故答案A正确。

注：该方法解本题要求HNO3完全反应。还可使用代入法：将A、B、C、D四个答案依题意代入，得答案A符合题意。

3.比较思维在解热反应试题中的应用

［题目］2009年普通高等学校招生全国统一考试试题卷（Ⅱ）理科综合第11题。

已知：2H2（g）＋O2（g）2H2O（l）； ΔH㊣＝－571.6kJ/mol

CH4（g）＋2O2（g）CO2（g）＋2H2O（l）；ΔH㊣＝－890 kJ/mol

现有H2与CH4的混合气体112L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O（l），若实验测得反应放热3695kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（　）

A.1∶1　　B.1∶3

C.1∶4　　D.2∶3

解法一：根据反应解方程组法。

［解析］设H2的物质的量为x㊣mol，则x㊣mol H2完全燃烧放出的热量为y㊣kJ。

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；　ΔH㊣＝－571.6kJ/mol

2　　 571.6

x㊣　　 y㊣

CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）；ΔH㊣＝－890kJ/mol

解之得x㊣＝1.25mol，则n（CH4）＝－1.25＝3.75 mol。故答案B正确。

注：该方法也可以设H2、CH4的物质的量分别为x㊣mol、y㊣mol。则x＋y㊣＝5，571.6x㊣/2＋890y㊣＝3695，解得x㊣＝1.25mol，y㊣＝3.75mol，两者比为1∶3。故答案B正确。

解法二：十字交叉法。

［解析］由热反应方程式可知：1mol H2（g）和1mol CH4（g）完全燃烧放出的热量分别为286kJ和890kJ；112L（标准状况，即5mol）混合气体完全燃烧放出的热量为3695kJ，则1mol混合气体完全燃烧放出的热量平均值为739kJ。根据十字交叉法有：

则n㊣（H2）/n㊣（CH4）＝151/453＝1∶3。故答案B正确。

解法三：极端假设法。

［解析］假设112L（标准状况，即5mol）混合气体全部是H2，完全燃烧放出的热量为1430kJ；若假设112L（标准状况，即5mol）混合气体全部是CH4，完全燃烧放出的热量为4450kJ。而112L（标准状况，即5mol）混合气体完全燃烧放出的热量（即放出的平均热量）为3695kJ。由十字交叉法可得答案B正确。

另外，还可将112L（标准状况，即5mol）混合气体按A、B、C、D四个答案的比例数据等分后，依次代入，得答案B符合题意。

四、应用比较思维提高反欺骗能力

1.剖析化学实验在魔术表演中的设计效果

魔术是一种化学实验的独特艺术表现方法，更能以其独特的魅力激发学生的求知欲，唤起学生的新奇感，帮助学生从宏观向微观过渡，建立概念，理解原理，培养学生的观察能力、思维能力、实际运用能力和反欺骗能力，从而有效提高教育教学质量。

例1：“喷雾作画”。

［实验用品］白纸、毛笔、喷雾器、木架、图钉；FeCl3溶液、硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液。

［实验原理］：FeCl3溶液遇到硫氰化钾KSCN溶液显血红色，遇到亚铁氰化钾K4Fe（CN）6溶液显蓝色，遇到铁氰化钾K3Fe（CN）6溶液显绿色，遇苯酚显紫色。FeCl3溶液喷在白纸上显黄色。

［实验步骤］（1）用毛笔分别蘸取硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液在白纸上绘画。

（2）把纸晾干，钉在木架上。

（3）用装有FeCl3溶液的喷雾器在绘有图画的白纸上喷上FeCl3溶液，从而出现美丽的图画。

例2：口吐“仙气”。

［实验用品］尖嘴玻璃管、酒精灯、有色塑料管、药棉；汽油、肥皂液、甘油。

［实验原理］汽油蒸气可以点燃。当汽油和空气混合后遇火会发生剧烈的燃烧并发出爆炸声。

［实验步骤］在长20cm的尖嘴玻璃管外套一层有色塑料管，管内放一段吸饱汽油的棉花球。把尖嘴玻璃管对着酒精灯火焰，向玻璃管的另一端吹气。当空气从尖嘴玻璃管出来，遇火便燃烧起来。离开火焰继续燃烧。如果向玻璃管吹气力量稍大时，火焰可以离开尖嘴玻璃管4～5cm，并呈现明亮的蓝色火焰，十分好看。这时把玻璃管尖端浸入滴有少量甘油的肥皂液。取出后，向玻璃管另一端吹气。当肥皂泡连串出现在空中时，用燃着的酒精棉球去点一个个的肥皂泡，便发出一连串轻微的爆炸声和火球，非常有趣。

2.剖析化学实验在生活中的欺骗形式

在现实生活中，时常听到一些人上当受骗的事件。对于一些利用化学实验现象、化学知识行骗的骗术，我们如何去识别呢？如何让学生从化学的视角看待这些不良行为，去揭示他们骗人的秘密呢？实验生活化设计让我们再现生活中的骗局。

例3：“气功点火”。

［设计背景］不法分子声称他们的气功已经达到了登峰造极的境界，能用“气功点火”。

［实验用品］白磷、二硫化碳、废报纸。

［实验过程］把小块白磷溶解在二硫化碳中，再将白磷的二硫化碳溶液洒在废报纸上。然后进行气功一段时间，等二硫化碳挥发后白磷发生缓慢氧化而燃烧。

［教学用途］该实验所用的化学知识是白磷发生缓慢氧化而使温度升高，达到着火点而自燃的性质。

例4：“神奇的药品”。

［设计背景］不法分子声称他们新开发的“神奇的药品”具有排毒作用。

［实验用品］方便面、碘酒、维生素C。

［实验过程］把小块方便面放入烧杯中，加入一定量的热水，然后滴加碘酒，方便面会很快变成蓝黑色。然后加入维生素C药片粉末并振荡，方便面在半分钟后恢复为原来的颜色，烧杯中的碘酒也变澄清了。

［教学用途］该实验采用的化学知识是碘遇淀粉变蓝色的性质、卤素单质碘的氧化性（反应方程式：C6H8O6＋I2C6H6O6＋2H＋＋2I－）和维生素C的还原性。该实验可以用于卤素或淀粉的教学，也可用于氧化还原的教学。从维生素C的角度出发，可以发现一种定量测定维生素C的方法；从褪色现象思考，可以反常规地把淀粉作为指示剂，这样，对指示剂的作用可以有较全面的认识，从而提高中学生化学实验应用能力和反欺骗能力。

3.剖析化学实验设计在犯罪侦察中的作用

在社会治安较差的地区常常会发生入室抢劫、盗窃等犯罪事件，犯罪分子在犯罪过程中往往会留下某些犯罪痕迹，公安机关刑侦人员通过对犯罪痕迹进行提取、分析研究和化学检验，从而判断犯罪嫌疑人并将他们绳之以法。

例5：指纹检查。

［实验用品］试管、橡胶塞、药匙、酒精灯、剪刀、白纸、碘。

［实验原理］碘受热时会升华变成碘蒸气。碘蒸气能溶解在手指上的油脂等分泌物中，并形成棕色指纹印迹。

［实验步骤］（1）取一张干净、光滑的白纸，剪成长约4cm、宽不超过试管直径的纸条，用手指在纸条上用力按几个手印。

（2）用药匙取芝麻粒大的一粒碘，放入试管中。把纸条悬于试管中（注意按有手印的一面不要贴在管壁上），塞上橡胶塞。

（3）把装有碘的试管在酒精灯火焰上方微微加热，待产生碘蒸气后立即停止加热，观察纸条上的指纹印迹。

4.剖析化学实验设计在日常生活中的科学运用

在人们生产生活中，处处有化学，处处有实验。我们的衣、食、住、行都离不开化学，生活中有很多变化都可以从化学的视角解疑，分析设计实验可以得到疑问的答案。

例6：固体酒精。

［实验用品］药匙、烧杯、量筒、玻璃棒、蒸发皿、火柴；酒精（质量分数95%以上）、醋酸钙、蒸馏水。

［实验原理］酒精与水可以任意比混溶，醋酸钙只溶于水而不溶于酒精。当饱和醋酸钙溶液注入酒精中时，饱和溶液中的水溶解于酒精中，致使醋酸钙从酒精溶液中析出，呈半固态的凝胶状物质——“胶冻”，酒精充填其中。点燃胶状物时，酒精便燃烧起来。

［实验步骤］（1）在烧杯中加入20mL蒸馏水，再加入适量醋酸钙，制备醋酸钙饱和溶液。

（2）在大烧杯中加入80mL酒精，再慢慢加入15mL饱和醋酸钙溶液，用玻璃棒不断搅拌，烧杯中的物质开始时出现浑浊，继而变稠并不再流动，最后成为凝胶状。

（3）取出胶冻，捏成球状，放在蒸发皿中点燃。胶冻立即着火，并发出蓝色火焰。

例7：蔬菜中维生素C的测定。

［实验用品］玻璃棒、玻璃瓶、橡胶塞、药匙、剪刀、新鲜蔬菜、开水、碘溶液。

［实验原理］淀粉溶液遇到碘变成蓝紫色，这是淀粉的特性。而维生素C能与蓝紫色溶液中的碘发生作用，使溶液变成无色。根据这个原理，可以检验一些蔬菜中的维生素C。

［实验步骤及现象］在玻璃瓶内放入少量淀粉，倒入一些开水，并用小棒搅拌成为淀粉溶液。滴入2～3滴碘酒，会发现乳白色的淀粉溶液变成了蓝紫色。再找2～3片青菜，摘去菜叶，留下叶柄，榨取出叶柄中的汁液，然后把汁液慢慢滴入玻璃瓶中的蓝紫色的液体中，边滴入边搅动。这时，又会发现蓝紫色的液体变成了乳白色。这说明青菜中含有维生素C。

化学实验都是以贴近生活、贴近社会为主题，把化学实验的知识融入社会、融入生活，不仅可以充分利用化学实验生活化的用途，还可以帮助学生防止被欺骗、预防犯罪。化学实验是化学教学中的一种能提供给学生生活化视野的载体，生活的多层面提供了多样性的生活化实验素材，它需要我们去挖掘开发、设计加工、探索运用。只要我们在化学教学中关注实验，有意识地多创造一些生活化实验，让学生感受到化学就在身边，真正发挥化学实验应有的教学功能，就能提高化学教育教学质量，提高学生反欺骗能力。化学实验也是深入推进新课程改革、落实素质教育的一个行之有效的措施。