如何以一种正确的逻辑顺序自学化学? 第1页

1，我觉得四大化学就那么多内容，先学什么后学什么看个人的习惯。

题主自学过微积分，应该见识过一些教材，有的教材是先讲连续统、epsilon-delta的，有的教材是先讲简单微积分应用的。有人认为前面这种写法直击核心，清晰严谨，而后者容易使初学者产生错误影响；也有人觉得前者不适合自学，人为制造门槛，读完都不知道学微积分有什么用，后者平易近人，感觉能学到有用的东西。这两种人没有谁对谁错，找一本适合自己的教材，先入门，之后再读更深入的材料，够了。

同样的问题化学教材安排教学内容的顺序时也会遇到，如果先介绍物理化学，熵焓自由能，spdf轨道……都是“虚的”，先讲有机无机则容易陷入“集邮”，杂乱无章。所以很多教材是穿插着讲，无机化学里穿插着热力学动力学的初步内容，高中化学沿用了类似的思路，这可能给人一种东一锤子西一棒的感觉，但还是有利于初学者入门了。

2，穿插介绍是“看了课本觉得所有东西基本都是死记硬背，没有内在逻辑体系”的一个原因，另一个原因是不能讲复杂计算和微积分，把这些内容补上会发现没那么凌乱。

化学中很多的基础模型都会涉及到微积分，而且不像高中物理可以用初等的方法绕过微积分。

比如说化学反应速率，高中教材一般都没有给出公式，因为反应速率就是浓度对时间的微分，除了反应速率和反应物浓度无关的零级反应外，都是需要用微积分解的微分方程。比如一级反应：

解这个公式可以推出“半衰期”的概念，但“超纲”了，所以相关的问题“背结论就完了”。

而且即使可以写成积分的形式，出现ln 或者e 也都不可以。比如温度和平衡常数的关系范特霍夫方程也是不讲的，导致涉及温度对平衡影响的问题只能用勒夏特列原理，其实这个方程可以写成不含微分的形式：

另外，稍微复杂的计算不讲。比如“质子守恒”其实是用来计算酸碱浓度的，但因为不能讲这种计算， 一看就不是什么“符合直觉”的公式，这导致“质子守恒”这种不知道有什么用的玩意被高中化学玩出了花。

其他例子还有电化学里的能斯特方程，分析化学里的酸碱、配位、沉淀平衡的计算，热力学里的自由能等……至于结构化学则先不要管太多，偏微分方程在大学里也是高年级才上的。

幸存的复杂关系比如“平衡常数”，含对数的比如pH，也不做任何解释，导致这俩的单位怎么处理经常被问。

当然化学家数学一般也不好，所以有很多绕过微积分的方法，比如温度升高“温度升高10度反应速率加快二到四倍”。这导致就算看大学低年级的教材有时也觉得莫名其妙。

还是拿微积分举例子。

如果是按大学基础化学教材的风格讲 的话，可能是：

左边是一个习惯上的写法，它可以定义成某个和面积相关的函数。我们看中间的x^n就好了，经过大量事实证明，把x的指数加一，再除以n+1，之后再写上一个+C，这个式子就成立了。

而高中化学可能的写法是：

积分就是求面积。

， ，证明如下，其他函数因为超纲，不做要求。

当然高中如果只学这么多，只考这么多，也没有太大问题，可现在竞争太激烈，出太直接的书上有的内容没有区分度，以至于很多问题要么类似背贯口，在细节上扣掉一个符号都不能差，比如要求写成，不能写成，因为“后者阅卷老师容易看错”。要么属于只能背结论的超纲问题，就像

f(x)定义在（0,1）上，当x是有理数时f(x)=1，当x是无理数时,f(x)=0。求f(x)的积分。

高中老师学过相关内容，但因为超纲不能明说，所以给出一系列奇奇怪怪的解释，比如：

“不用问为什么，记一个结论，无理数比有理数密，这题反过来，当x是有理数时f(x)=0，当x是无理数时,f(x)=1答案是1”。

老师也很无奈，因为真要完整解释会涉及到非常非常多的概念，对初学者不可能讲明白的，只能让同学背二级结论，书上的内容就很零散了，考试考的二级结论还很多。

比如杂化论这种东西，书上的只言片语很难解释清楚，还不如背结论，因为考不出什么花样。

所以很多时候确实是只看到树叶，看不到枝干。而且对于化学而言，很多内容本身整理的就不好。集邮册的质量不行，重复，遗漏，错乱的地方很多，那么“先收集邮票，后买集邮册”和“先买集邮册，后收集邮票”，得到的结果差不多。

总之，题主如果自学过微积分，按教材的安排过一遍，可以参考一些课外教材把一些因为数学要求而跳过的内容补齐，这样起码会觉得顺一点，而且会发现很多稀奇古怪的题目背后真正想考的点。比如：

当然，很多时候没有必要干这件事，因为考试考察的点就不在书上。一个能注意写的是离子方程式而不是化学式的人，考的可能比懂热力学的高的多。而且很多内容大学没有不幸地进入要学化学的专业，根本用不上。

就不推荐书了，其他回答推荐的够了。

感谢李老师和另一位@yang 的邀请。

总的来说，高中化学内容的讲授确实不是一个容易的事情，生物也是，这个我高考之后回过头和高中老师讨论过——因为高中知识地位有点尴尬，教理科的老师最头疼的两个问题：学生竟然还没搞明白初中的知识点/学生一不留神就问到了大学课本上的知识点。

说到高中化学的“逻辑”和“琐碎”，我上高中时，就是因为没有办法理解“能级交错”和“电子式”，不停去ask why但没人回答我，才听人推荐入了竞赛的坑。但是后来我并没能搞明白为什么电子先填4s后填3d，也没有依靠参加竞赛来升学，而是依然选择了高考。

要说竞赛班溜达了一圈带给了我什么，除了见识到了聪明脑袋们，我想最重要的是大学有机化学的视野（用那个level去做高考理综化学选修5那道大题）。但是比起现在看来更重要的，或者说对每个化学系学生都重要的，如何手解H原子的Schrodinger方程，高中时候我是真的学不进脑子里。我曾经抱着张祖德去问竞赛班老师分子轨道到底是个啥东西引来一群不学竞赛的人围观（我高中连 这个字母都觉得新鲜），也曾经电脑课上去查全微分啊啥偏微分的几何意义，但是收效甚微。

但我要强调的也恰好是有机化学，而不是那个二阶偏微分方程。

我记得从高中，我就对元素周期表这种东西没什么好感，因为主族元素的反应都有“例外”，更何况我在竞赛班了解到的过渡金属元素呢？元素性质在d区和ds区，以及第六周期之后可能“拧巴”得乱七八糟。所以到了大一的时候我就进了计算化学的课题组，我希望学习到更加“根本（essential）”的，能推导出“一切”的东西，而不是总得去死记硬背的什么玩意儿（现在来看这应该是某种ab. initio.的执念吧），因为我觉得自己的脑子压根就不适合“乱七八糟”地存储东西。

但是直到看到二次量子化，我才明白过来化学与物理的“层次”分界：其实二次量子化从一开始就更接近化学专业学生的思维吧，mode-by-mode，而不是wfn（wavefunction）-by-wfn。

mode-by-mode，其实我在有机化学一直在做着类似的事情，只不过应该被称为，group-by-group。每次羟醛缩合，熟练地打开C=O双键，然后找一个酸性强的alpha-H，电子转移过来再转移回去……现在看来研究有机化学反应的人也在做这样的事情，比如电子局域化函数、自然共振论、福井函数等等，大家都希望让原本那一团的电子云能够更“chemical”一点（严谨一点：但是为了在实空间localize，还是得说成场算符 ，而不是 这种东西）。

所以我再次回到了那堆“金属活泼顺序表”、“碱性条件下基团亲核取代能力”、“配体强场-中等场-弱场排序”等等的顺序上：对于实现一个化学反应合成（d1-c2-b3），我们恰好需要的就是这种match：

但是为什么具有这种match？为什么有这种排序？问搞计算化学的人啦！或者你总有一天会自己知道怎么算出来这种东西，总有一天发现这东西有迹可循，等真的到了那一天，你可能又会像我一样觉得“it seems trivial，或许一开始我就应该简单记住他们而已”，但有些东西在你脑子里已经不一样了（但是不要问搞理论化学的人...对于搞理论化学的人，这些还是太复杂了...

所以要说课本的逻辑，理科生视角的话，从选修三开始，选修三，讲的是电子结构和物质结构，如果原子们组成crystal或者bulk，那么他们发生必修一里面的无机反应（必修一，讲的是基本的无机化学反应）。如果原子们组成有机物，他们发生必修二和选修五里面的有机反应（必修二，讲的是基本的有机化学反应，选修五，算是必修二的扩展版）。不管是无机反应还是有机反应，反应发生的热力学和动力学，作为反应的物理量描述，收录在选修四，化学反应原理。反应的扩大化，化学与技术，收录在选修二。

因为不是所有人都要学选修课本，所以必修一和必修二相对来说像是大杂烩，又因为高中生确实很难想得到一个反应的描述不仅需要化学方程式本身，还需要结构和热力学动力学，所以也很难connect起来反应本身和结构以及物理化学量。

遇到个好老师还是挺重要的，手头的知识不论多少都可以禅起来：

感受不到？你可能是没禅到啊...

谢李老师邀。

我认为回答问题之前还是要读题，题主是个高一学生，嫌弃高中化学的琐碎，想另辟蹊径。在我看来完全是好高骛远，我认为这种偷懒的方法是不可取的。

初高中化学本身的难度并不高，并没有涉及热力学公式（我印象中可能有能斯特方程，也可能没有，记不清了）。因此显得琐碎，不成系统，可能唯一能称得上是理论的只有元素周期表以及相应的八隅体规则之类的东西了。高中化学除了有机化学的内容，几乎都能在大一的无机化学那本教科书里找到（虽然实际上是物理化学的内容）。当你读了大一的无机化学以后回头再看高中化学，会发现高中化学确实挺简单的。

举个例子，浓/稀有硝酸氧化性的差异，能斯特方程中有体现：

浓/稀硝酸的氧化性差异的原因是他们的活度（以高中知识就是浓度）。所以一个误区就是王水氧化性比浓硝酸强，真实原因是配合物[AuCl4]-降低了电势，使反应更容易发生。

这些都是物理化学公式的简单推论。

因为高中化学知识的琐碎，想掌握知识点并不是什么难事，主要是融会贯通：

（1）化学反应之所以自发发生，在高中水平下的解释是发生能量变化（暂时不讨论熵的问题），也就是产物的总能量比反应物能量低。吸热反应在高中是比较少的。自发发生能量降低的变化可以说是化学里的第一条规则。

（2）高中会涉及到一些简单的配合物及其结构，配合物中金属元素的价态和配体的数量看似没有规律，但是跟元素本身的电子排布是有关的。举个例子，银元素有一个稳定化合价是+1，可以形成[Ag(NH3)2]-（银氨溶液的成分之一），因为它的电子排布是4d10 5s1可以形成全充满的d轨道。铁元素的+3价稳定 ，可以形成[FeF4]-，也是因为它的3d6 4s2排布，失去3个电子后，形成的半充满的d轨道。碳族元素的+2和+4氧化性，则是因为s轨道上有2个电子，p轨道上也有2个电子，有2个电子的时候s轨道就是全充满轨道。

（3）高中一大重点是氧化还原反应以及相关的化学式的配平。氧化还原反应反映的是元素的电势，用能斯特方程可以反推到自由能以及反应浓度甚至化学势的概念。高中只是大概打了个基础而已，内容虽然琐碎，但是平心而论知识点并不多。看不上高中知识，还没有化学基础（你说你初三化学基本没学），还是先找任课老师谈谈比较好。

高中的原理简单也好记，但是题主能不能融会贯通，高中化学的那些内容是否真的适合你自学，你做套卷子就知道了。

至于说自学，我非常反对化学自学，尤其是高中化学自学。因为高中化学还是为了给大学打基础，在大部分大学里化学类专业培养方案相当重视实验技能的培养。然而，实验的危险性使得自学化学实验是个危险的笑话。做实验需要踏实认真注意细节，需要有经验的人在旁边监督（都忘了实验室镁粉爆炸事故了？以及某个实验室合成石墨烯的爆炸事故了？），还需要危险的化学药品。我没有看出来题主具有相应的品质与经验（我不觉得嫌弃高中化学知识琐碎因而想自学的人，具有做化学实验的踏实与沉稳），所以我非常反对题主自学化学。

虽然我的专业是不做实验的，但是我还得说，对大部分化学专业来说，实验能力的培养(包括仪器操作甚至还包括紧急情况的处理)是最重要的部分，一定要有老师带着才不会出事。关于这一点，我建议题主读一读史老七的成名作：

我觉得李老师的回答没有读题，所以有些答非所问，不适合题主。他的话更适合对理论化学或者化学的理论有兴趣的，刚刚高中毕业进入大学的学生。以题主目前的化学基础，还到不了这一步。如果题主成功在高中三年里生存下来，到了大学还选择了化学类的专业，他的答案对题主才有意义。

关于大学之后的内容，我认为唯一一个适合自学的化学方向是理论化学方向，原因有两点：

第一，这个方向不用做实验，自学实验的危险性我已经提到了。另一个障碍则是实验仪器与药品，都不是自学的学生可以负担的，如果进入某个实验室，又不是所谓“自学”了。

第二，这个方向相对其他化学分支，是一个具有成熟理论框架的学科，与理论物理方向渊源颇深（我的导师干脆就是做理论物理出身的）。考虑到不做实验，确实是唯一一个适合自学的方向。如果有志于这个方向，需要在掌握化学系的基础课的基础上（四大化学还是可以培养化学直觉的），学习物理系的基础课（四大力学是最基础的了，尤其是量子力学或者统计力学，两者需要认真学），以及相应的数学工具（数学物理方法、线性代数、群论甚至包括复变函数）。考虑到计算机在这个专业上的重要性，计算机相关的课程：语言（C++，Fortran，python，但不要学JAVA），操作系统的知识（Linux为主），数据结构与算法等等，也是必须的。如果有志于理论化学的生物方向，那生物化学和一些基础的生物学课程也是必备的。总的来说，这个专业作为交叉学科需要复合型人才。需要的补充知识是现在大部分大学化学系培养方案里不具备的（对这个方向的学生来说，大部分化学系的课程都是deeducation），这些需要有志于这个方向的学生自己设计课表、自学，以及与这个方向的专业人士沟通以获取指导。

然而，现在这些对只是高一的题主来说也太早了。

最后 @黄超 ，竞赛大佬有空的时候过来指点两句可好？

万物皆动，动之以理。

化学之所以是一门理科科学，就是因为从历史的演进看，化学受物理学启发，在总结归纳经验的同时，也建立了许多理论，用来解释与预测化学反应。根据IUPAC的定义，纯粹化学就是要总结提炼出化学反应的机理与理论。但化学反应一般是在某种环境中发生的、不是真空中发生的，这使得化学研究中，依据物理思想建立的理论，要么包含较强的假设，要么仅适于某些特定的前提，总之，化学课程中学习到的理论，比在物理课程中学到的理论含有更多的例外，对智力是一个挑战。时常总结、研究学习到的理论的内涵与外延，研究其成立前提与应用范围，时常归纳例外情况是一个好习惯。以我讲授《统计物理（强）》的经验来看，一学期下来我会讲到四五种不同的计算熵的公式，对一个给定的问题，如何正确地计算问题中的熵，需要学生课下自己总结、复习。

回顾我二十多年前的求学历程，我学习化学似乎是从气体、气体的反应开始，学习了若干种元素形成的化合物。然后是一些液体、固体的单质和化合物。以这些化合物为抓手，学习到一些基本概念、基本规律。为理解更多的化学实验赋能，在一定范围内可以做预测。单个的元素、化合物、反应只是一个切入点，探索单个例子背后的规律、某个反应背后的一系列反应，举一反三是化学学习的必备素质。

结构决定了物质的反应性。从反应可以推测物质的组成与结构。学习化学，要善于总结规律，寻找概念、理论之间的相同与不同。分子的电子结构决定了其原子结构，而原子的分布与运动，又会影响分子的电子结构。化学键的断裂只有两种极端情况：均裂与异裂，它们在具体环境下的呈现方式，导致了多姿多彩的化学反应。

另外既然化学中存在理论，而理论是基于某些理想模型而存在的，那么化学中就会有不同尺度的模型，这一点需要注意。比如溶解-沉淀平衡中，就像摘下了眼镜，把溶液看成是连续体，只讨论其浓度；而讨论化学反应机理的时候，视野又像是戴上了放大镜，以原子分辨率的分子为客体讨论问题。对讨论对象的宏观与微观的切换，让初学者会有一些不适应。平时要注意总结。

最后，切记不要随意自学实验。做实验要找老师，严格按照操作规程来。在我访问的加州理工学院，每三个月总有至少一次实验操作培训，每半年一次实验室安全培训。还有每半年一次学术道德、反歧视、平权培训，我这个访问人员也要参加。