为什么中学化学给人一种不严谨的感觉？ 第1页

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。

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。

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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。

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。