水溶液稀釋過(guò)程中的空間哲學(xué)教育嘗試

任圣穎

摘要：基于“魚是否知道水的存在”這一哲學(xué)問(wèn)題，解決了水溶液中離子反應(yīng)平衡類比于氣體反應(yīng)平衡來(lái)處理的思維過(guò)渡問(wèn)題，并利用思想實(shí)驗(yàn)，以醋酸分子為工具將這種思維應(yīng)用在空間哲學(xué)的理解上；提出化學(xué)哲學(xué)教育不僅需要從現(xiàn)有的化學(xué)素材中總結(jié)出哲學(xué)思想，還可以利用化學(xué)知識(shí)作為工具對(duì)哲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行考察，以吸引學(xué)生的興趣。

關(guān)鍵詞：化學(xué)哲學(xué)；思想實(shí)驗(yàn)；水溶液；平衡移動(dòng)

文章編號(hào)：10056629（2023）06004705中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

溶液的稀釋引起的平衡移動(dòng)是高中《化學(xué)反應(yīng)原理》的重要內(nèi)容。對(duì)該知識(shí)的考察，經(jīng)常涉及到平衡移動(dòng)的方向這個(gè)核心問(wèn)題。在教學(xué)中，教師一般從定量和定性兩個(gè)角度來(lái)講解。定量分析主要依據(jù)一定溫度下化學(xué)平衡常數(shù)不變，通過(guò)Q和K值的比較考察稀釋這一因素引發(fā)的變化，方法可靠，學(xué)生易于接受；定性分析多來(lái)自于教師的教學(xué)實(shí)踐：溶液中的可逆反應(yīng)表達(dá)式類似于氣體的形式，解題的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，用氣體平衡的知識(shí)點(diǎn)類比處理溶液中的平衡問(wèn)題，總能夠得到正確的答案。與定量的方法相比，來(lái)自經(jīng)驗(yàn)的定性分析無(wú)需計(jì)算，無(wú)疑是一種捷徑。

毫無(wú)疑問(wèn)，將氣體中的平衡規(guī)律“遷移”到溶液里，在處理習(xí)題時(shí)是非常有用的。但是教師將這種解題經(jīng)驗(yàn)“遷移”給學(xué)生時(shí)，學(xué)生不免會(huì)問(wèn)：為什么液體中的可逆反應(yīng)可以類比氣體來(lái)處理？畢竟，氣體是氣體分子分散在空間（容器）里，而溶液是分子、離子分散在容器中的水里。因此，就這種“遷移”而言，學(xué)生需要一種思維過(guò)渡。在教學(xué)中，筆者對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決進(jìn)行了哲學(xué)上的處理，在此分享給各位同仁。

1 空間哲學(xué)

1.1 空間哲學(xué)思想及教學(xué)關(guān)鍵問(wèn)題的設(shè)置

學(xué)生的這個(gè)問(wèn)題，隱含著空間哲學(xué)思想。水中的魚是否知道水的存在，是一個(gè)有趣的哲學(xué)問(wèn)題。如果魚一直生活在水里，可以想象，魚不會(huì)知道水的存在。就像人類在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，都沒意識(shí)到空氣的存在一樣^［1］。既然水中的魚不知道水的存在，那么對(duì)于魚來(lái)說(shuō)，水是什么？不難得出，對(duì)于意識(shí)不到水存在的魚來(lái)說(shuō)，水其實(shí)就是空間。類似于此，如果把溶液中的溶質(zhì)看成是水中的魚，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于溶質(zhì)來(lái)說(shuō)，液體和氣體的空間差別就消失了，存在于溶液中的溶質(zhì)和這些溶質(zhì)分子以氣體形式存在于一定空間內(nèi)的行為是一樣的。增加了水，就是增大了空間；減少了水，就是減小了空間。也就是說(shuō)，對(duì)于水溶液中存在的分子、離子來(lái)說(shuō)，水就是空間，而它們自己，如同氣體分子一樣在這個(gè)空間里不斷運(yùn)動(dòng)（就運(yùn)動(dòng)而言，水溶液中溶質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)和氣體分子的運(yùn)動(dòng)是相似的）。通過(guò)這種哲學(xué)思考，我們可以順利地引導(dǎo)學(xué)生將溶液中的粒子行為轉(zhuǎn)化為容器中氣體的行為來(lái)考慮，見圖1。

這種空間哲學(xué)思想，在惰性氣體影響平衡的移動(dòng)已經(jīng)有所體現(xiàn)。在考察惰性氣體對(duì)平衡移動(dòng)的影響時(shí)，必然會(huì)談及惰性氣體的通入是否引起反應(yīng)空間的變化（進(jìn)而影響濃度）。例如，對(duì)于2NO₂（g）N₂O₄（g），恒容下通入Ar，由于空間沒有發(fā)生變化，NO₂、 N₂O₄濃度不變，因此平衡不移動(dòng)；而恒壓下通入Ar，由于空間增大，NO₂、 N₂O₄濃度變小，因此平衡逆向移動(dòng)。恒壓下通入Ar，和溶液中加入水是一樣的，都造成了空間增大，從而引起濃度的改變。

上述空間哲學(xué)思想能夠有效解決水溶液中離子反應(yīng)平衡類比于氣體反應(yīng)平衡來(lái)處理的思維過(guò)渡問(wèn)題。如何把這種哲學(xué)思想有效傳遞給學(xué)生？這種哲學(xué)思想是借助魚與水的空間關(guān)系來(lái)獲得的，所以我們可以把“魚與水的空間關(guān)系”作為空間哲學(xué)教育的起點(diǎn)。在學(xué)生已有的認(rèn)知中，“魚與水”素材已經(jīng)存在：八年級(jí)語(yǔ)文教材中的“莊子與惠子游于濠梁之上”一文，莊子和惠子正是借助水中的魚進(jìn)行辯論，引出了認(rèn)知的范圍是有限還是無(wú)限這一哲學(xué)問(wèn)題爭(zhēng)論。但是，“魚是否知道水的存在”對(duì)于多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是難以回答的問(wèn)題。而學(xué)生對(duì)空氣的感受則有助于回答這個(gè)問(wèn)題。在教學(xué)中，筆者首先設(shè)計(jì)如下教學(xué)內(nèi)容和關(guān)鍵問(wèn)題來(lái)解決學(xué)生的“思維過(guò)渡”問(wèn)題，見表1。

1.2 利用有意識(shí)、會(huì)觀察的醋酸分子對(duì)空間的進(jìn)一步考察

在物理化學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)家麥克斯韋1867年設(shè)想了一個(gè)會(huì)觀察的麥克斯韋妖（Maxwell's demon），以此作為工具，對(duì)熱力學(xué)第二定律提出了挑戰(zhàn)^［2］。這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)引發(fā)了科學(xué)家對(duì)熱力學(xué)第二定律的熱烈討論，促進(jìn)了信息負(fù)熵論的發(fā)展。同時(shí)，這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)也引起了哲學(xué)上的關(guān)注^{［3，4］}。受此啟發(fā)，本文對(duì)利用有意識(shí)、會(huì)觀察的CH₃COOH分子作為工具，對(duì)空間做出哲學(xué)上的進(jìn)一步考察，以輔助理解一些“匪夷所思”的空間現(xiàn)象。

將溶液中的水看成空間，這一思維讓學(xué)生體會(huì)到了溶液中粒子和氣態(tài)粒子的空間在哲學(xué)思維上的同一性。從“水中的魚是否知道水的存在”這一哲學(xué)問(wèn)題來(lái)看，這一思維具有合理性。但是，從水溶液中粒子間的反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，這一思維方法具有一定的局限性（除水外，其余粒子全部看成氣體，解題時(shí)依然有效）：被看成“空間”的水，與粒子并非毫不相干，在一些可逆過(guò)程中，一部分水是要參與反應(yīng)的，比如醋酸分子的電離過(guò)程。這一局限性將會(huì)引發(fā)對(duì)空間的進(jìn)一步哲學(xué)思考。

首先我們?cè)O(shè)想一個(gè)有意識(shí)、會(huì)觀察的CH₃COOH分子。CH₃COOH分子在水溶液中存在電離平衡CH₃COOH（aq）+H₂O（l）CH₃COO^-（aq）+H₃O⁺（aq）。這個(gè)有意識(shí)、會(huì)觀察的CH₃COOH分子會(huì)看到其他醋酸分子在什么都沒有的“空間”里被分解掉、又會(huì)重新生成這一現(xiàn)象。雖然我們知道，作為空間的一部分，H₂O分子的參與是CH₃COOH發(fā)生電離的原因，但是要知道的是，CH₃COOH分子是意識(shí)不到水的存在的。對(duì)于有意識(shí)的CH₃COOH分子來(lái)說(shuō)，這個(gè)現(xiàn)象是不可思議的：它會(huì)觀察到其他CH₃COOH分子被“無(wú)（空間）”分解掉了，又能在“無(wú)（空間）”中重新生成。由此我們可以想象出，人類對(duì)于空間的認(rèn)識(shí)很有可能也受到了經(jīng)驗(yàn)的限制。長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家先是認(rèn)為，真空里什么都不存在，真空就是單純的空間。但是量子漲落現(xiàn)象告訴我們，真空（空間）并不像人們所想象的一無(wú)所有?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，真空中會(huì)憑空出現(xiàn)大量的虛粒子對(duì)，它們一正一反，然后又在極短的時(shí)間內(nèi)湮滅消失，這種現(xiàn)象被稱為真空量子漲落^［5］。這種從“無(wú)（真空）”里產(chǎn)生粒子對(duì)，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，就像CH₃COOH分子觀察到其他CH₃COOH分子在“無(wú)（空間）”里被分解和生成了一樣，也是不可思議的。借助有意識(shí)、會(huì)觀察的CH₃COOH分子這一思想實(shí)驗(yàn)，量子漲落現(xiàn)象就會(huì)容易理解得多：我們觀察到的量子漲落現(xiàn)象很有可能是我們意識(shí)不到的“無(wú)”（空間里）的作用的結(jié)果。事實(shí)上，量子場(chǎng)論認(rèn)為，真空中其實(shí)蘊(yùn)含著巨大的暗能量，這是造成量子漲落的原因^［6］。

對(duì)空間進(jìn)一步考察可以引導(dǎo)學(xué)生形成“無(wú)中有（包含）有”“無(wú)中生有”“有到無(wú)中去（變化）”的哲學(xué)觀念，在教學(xué)中，筆者依然通過(guò)關(guān)鍵問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生對(duì)空間進(jìn)行哲學(xué)上的進(jìn)一步思考，見表2。

1.3 對(duì)化學(xué)哲學(xué)教育的思考

近些年，在化學(xué)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)了哲學(xué)教育的重要性。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來(lái)看，目前哲學(xué)教育，通常是從已知的化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)原理、化學(xué)現(xiàn)象、化學(xué)史等中總結(jié)出哲學(xué)思想、方法，從而影響學(xué)生的發(fā)展。但是，這些化學(xué)素材中所體現(xiàn)出的許多哲學(xué)觀，學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)生活中或多或少都已經(jīng)聽說(shuō)過(guò)，學(xué)生并沒有太大的學(xué)習(xí)熱情。比如化學(xué)哲學(xué)中常見的世界的物質(zhì)觀、對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律、辯證唯物主義等，在高中政治必修4《哲學(xué)與文化》中都有詳細(xì)的介紹。鑒于此，本文嘗試?yán)没瘜W(xué)知識(shí)作為工具對(duì)哲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行突破性的考察，以引起學(xué)生的興趣。在教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍能夠接受以上空間哲學(xué)思想，并顯露出較大的學(xué)習(xí)熱情。一個(gè)非常重要的原因就是，與以往的化學(xué)哲學(xué)教育相比，學(xué)生覺得這樣的化學(xué)哲學(xué)比較有新意，對(duì)自己的世界觀有實(shí)質(zhì)性的影響。

本文中對(duì)空間這一哲學(xué)核心問(wèn)題的思考，顯然和常見的從已有的化學(xué)素材中獲取哲學(xué)思想不同，這種不同體現(xiàn)在突破了“知道道理”范圍。因此，化學(xué)哲學(xué)的教育還可以更進(jìn)一步：不僅僅告訴學(xué)生道理（哲學(xué)思想和方法），還可以利用化學(xué)知識(shí)作為工具對(duì)現(xiàn)有的哲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行考察。

從歷史上來(lái)看，化學(xué)家多是樸素的科學(xué)實(shí)在論者，習(xí)慣于將原子、分子、離子等粒子作為世界的構(gòu)成部分。由于化學(xué)與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系以及歷史上化學(xué)家注重實(shí)用的傳統(tǒng)，他們忙于制造新的化學(xué)物質(zhì)，為人類的物質(zhì)文明帶來(lái)巨大貢獻(xiàn)。然而，也正是由于以上原因，他們?cè)谝饽钌蠀s鄙視哲學(xué)，養(yǎng)成了回避形而上學(xué)問(wèn)題及其爭(zhēng)論的習(xí)慣^［7］。與化學(xué)家的情況類似，化學(xué)教師的哲學(xué)素養(yǎng)因?yàn)楦鞣N原因通常也是匱乏的。因此，如果化學(xué)教師要承擔(dān)起化學(xué)哲學(xué)教育這一任務(wù)，不僅需要從現(xiàn)有的化學(xué)素材總結(jié)、吸收哲學(xué)思想和方法，還需要重視利用化學(xué)知識(shí)對(duì)哲學(xué)問(wèn)題進(jìn)行一些突破性的考察。

2 結(jié)語(yǔ)

有文獻(xiàn)認(rèn)為，很多學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)課程之后，從化學(xué)的視角去審視和解決生活中的相關(guān)問(wèn)題方面并沒有得到很好的發(fā)展。最主要的一個(gè)原因是教師對(duì)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容缺乏反思和質(zhì)疑，經(jīng)常用線性、單維的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，很少超出教材所呈現(xiàn)的范疇^［8］。以有限的形式表現(xiàn)出來(lái)的無(wú)限就是美，本文中空間思維轉(zhuǎn)換的思想顯然超越了化學(xué)和教材的界限，這種思想不僅能幫助學(xué)生解決一種類型的題目，更是能深刻地影響學(xué)生的世界觀。在其他學(xué)科中，基本遇不到溶液的稀釋引起的離子反應(yīng)的平衡移動(dòng)問(wèn)題，也就無(wú)法引起空間哲學(xué)的進(jìn)一步思考。只有在化學(xué)的學(xué)習(xí)中，遇到這個(gè)問(wèn)題，才能進(jìn)一步闡述空間哲學(xué)。因此，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，這種空間哲學(xué)教育的機(jī)會(huì)是非常珍貴的。

參考文獻(xiàn)：

［1］白建娥. 從空氣組成發(fā)現(xiàn)史中獲得智慧——對(duì)“我們周圍的空氣”復(fù)習(xí)課的思考［J］. 化學(xué)教學(xué)，2014，（4）： 32～34.

［2］傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)等. 物理化學(xué)［M］. 北京： 高等教育出版社，2006： 196～197.

［3］孫圣. 科學(xué)思想實(shí)驗(yàn)的劃界問(wèn)題研究： 技術(shù)細(xì)節(jié)及其缺?。跩］. 自然辯證法研究，2022，38（6）： 109～114.

［4］陳貽安. 熵、環(huán)境問(wèn)題與世界觀──關(guān)于《熵： 一種新的世界觀》的評(píng)價(jià)問(wèn)題［J］. 哲學(xué)研究，1994，（7）： 71～76.

［5］［6］邢志忠. 浩瀚的宇宙來(lái)自“真空漲落”嗎［J］. 現(xiàn)代物理知識(shí)，2018，30（3）： 70～71.

［7］邢如萍，桂起權(quán). 化學(xué)哲學(xué)研究的新走向［J］. 哲學(xué)動(dòng)態(tài)，2008，（12）： 54～60.

［8］萬(wàn)延嵐，畢華林，維森特·塔蘭克. 化學(xué)教育研究的十個(gè)視角［J］. 化學(xué)教學(xué)，2014，（6）： 8～12.