科學思維的訓練
在大學無機化學教學大綱中規定：學習元素性質的同時應在科學思維上得到應有的訓練。由於種種原因至今尚未在實際教學工作中對科學思維的訓練引起足夠的重視。其實我國許多老科學家、教育家一直在強調科學思維的訓練並把它和日常教育工作結合起來。早在1934年戴安邦教授就指出：“科學教育不單是傳授知識，而是要進行全麵的教學，包括人的思想和品德的培訓”。1989年再次強調：“全麵的化學教學要求既傳授知識和技能，更訓練科學方法和思維，還培養科學精神和品德”。
遵照我國許多老科學家、教育家多次強調的、在教學同時培養科學思維的要求，以常見元素的典型性質為例進行探討。
基於實踐符合認識規律的思維有著豐富的內容，涉及許多方麵，很難歸納出有幾條思維方法。科學思維和方法是一個整體，但在某個具體問題中，可能要強調如此這般考慮，而在另一類問題中又該如此那般處理。因此，討論將從具體現象、問題著手，進行分析，使讀者從中得到必要的啟發。安排上盡可能先易後難、先簡單後複雜，逐步深入。深入仔細分析一個問題，即使是一個很簡單的問題，往往涉及幾個因素，隻要能抓住主要因素(分析問題的重要任務之一是從諸因素中找出主要因素)，不可能、也不必要把問題、現象中所包含的全部因素都討論清楚。實際上“全”本身函義也不甚明確，即便如此，討論的問題盡可能全麵些。
單因素考慮問題是不全麵的
一般教科書和在教學過程中為了突出其個問題，常強調對之有較大影響的某個因素。在特定的條件下，這種處理方法尚可，但在一般情況下，特別是當把從一個實例中得到的“觀點”加以推廣時，往往出現差錯(僅從一、二個實例中是不可能得到符合客觀的觀點、結論)。
例1把燒紅的鐵絲放入盛O2瓶中，很快(設為2秒)就燒完”了。一般強調此現象和瓶中純O2的濃度是空氣中O2的(約)5倍有關。
如若此反應的速度僅取決於O2的濃度，則取一根同樣粗細、長短的鐵絲放在空氣中燒紅10秒(已5倍於2秒)，似乎也“應該”燒完了。事實不然，即使燒紅半分鍾也不會“化”。表明此反應除O2濃度外，必有其他因素。在純O2中燃燒快，則單位時間內發熱量大，致使鐵被熔化，而在和空氣中O2作用時達不到如此高溫(延長加熱時間也燒不化)。就是說，因O2濃度不同導致相應情況改變，不能忽視。類似的情況俯拾皆是。
例2硫在純O2中燃燒，產物中含2—3%SO3(按SO2計)，而硫在空氣中燃燒，產物中有5—6%的SO2轉化為SO3。這是因為O2濃度大，單位時間內發熱量大，致使反應體係的溫度較高。溫度高不利於SO2轉化為SO3；硫在空氣中燃燒，單位時間內發熱量小，(相對而言)較有利的SO3的形成。如果僅從反應物O2的濃度考慮，其結論似應是硫在O2中燃燒時產物中SO3更多。以上兩例均起因於O2濃度不同，但結果主要是因為單位時間內發熱量不同，而導致反應體係溫度不同。從這兩個反應來看，溫度是主要的因素(雖然溫度不同是由於O2濃度差異引起的)。
例3把加熱的磷放入盛Cl2的瓶中，劇烈燃燒生成氯化磷。常見的氯化磷有PCl3、PCl5兩種，燃燒產物以何者為主？如上(SO2→SO3)討論，可從PCl5對熱的穩定性來判斷。若PCl5對熱穩定，則產物可能以PCl5為主(當然，還要考慮Cl2的量)，否則將以PCl3為主。事實是：溫度高於473K，PCl5即明顯分解(附：酒精燈火焰溫度高於573K；有人測試過，吸卷煙時，其光亮處的溫度可達約1000K)，因此可以肯定磷在Cl2中燃燒時，其溫度明顯高於473K，所以燃燒產物中以PCl3為主。(生成的PCl3經擴散、冷卻後極易和Cl2生成PCl5是後續的副反應，但PCl5不是磷和Cl2反應的直接產物。)
例4NH3和空氣中的O2在鉑－銠網催化下生成NO，使生成物“急劇冷卻”，則NO和O2生成NO2。事實上這後一步反應中所需的O2一開始就已經和NH3混合在一起了(原料氣中NH3占11%，空氣為89%，其中O2占18.8%；按生成NO2計，NH3和O2的摩爾比為1∶1.7)，由於第一步反應生成N0時溫度高於1100K，而NO2在高於773K時就明顯分解(即在低於773K時NO易和O2成NO2)，所以要在“急劇冷卻”(若不急劇冷卻，生成物NO也會分解)後才能生成NO2(NO2再和水反應生成HNO3)。總之，濃度不同對速度產生影響，而速度快慢對反應體係溫度影響甚大，不注意後者有時會出現問題。如針對提高HNO3的生產效率，有人提出可加大原料氣中NH3的含量，結果因為單位時間內發熱量明顯增大把作為催化劑的鉑－銠網燒化成塊狀物。
4NH3(g)+5O2(g)—→4NO(g)+6H2O(g)
△H＝-906kJ/mol
在實際工作中為了達到某個目的，常重點改變某一因素，同時必須兼顧改變該因素時所帶來的影響，不然可能造成事與願違的結果(如把鉑－銠網燒成塊)。如若帶來的影響不大，則可忽略。此時，隻有在此時，似乎該因素起了決定性的作用。即便如此，仍不能認為這是一個單因素的問題。
例5有人認為：可用金屬的電離能和非金屬的親合能分別表示該元素的金屬活潑性和非金屬活潑性。此種單一因素看問題方法是否可信？
電離能和電子親合能的定義是
M(g)→M+(g)+e-電離能
A(g)+e-→A-(g)電子親合能
然而，金屬是以固態或液態(汞)存在，非金屬單質以雙原子(如O2、N2、X2)、多原子(P4、S8)或巨型(C)分子存在，它們必須先經曆升華氣化成金屬原子，或解離成氣態非金屬原子，然後再進行丟失電子或親合電子。再者，氣態原子經失、得電子後成氣態離子，並不是化學反應的終止態。如氣態陰、陽離子互相結合成離子型晶體時釋出晶格能——相距無窮遠的陰、陽離子互相靠近並成離子晶體時所釋出的能量，氣態離子溶於大量水時釋出水合能……才是某反應的終止態。總之，金屬、非金屬參與反應的傾向不能僅從電離能、電子親合能來判斷。隻是在特殊情況下，如討論鹵素、堿金屬“活潑性”時，因其單質均以X2或固態存在，得或失的電子數相同，解離能、電子親合能(氟除外)、升華能、電離能、水合能、某種化合物的晶格能(在同族中)從上到下呈現有規律的改變(增大或減小，按代數值計)，此時，僅在此時可認為電離能、電子親合能起到了主導作用。如Na、K、Rb、Cs，Mg、Ca、Sr、Ba的電極電勢值從上到下減小(代數值)。但這種實例不多。如氧族元素的單質是以O2、S8、Te∞存在的，不能用上述簡化法加以比較。
既然有若幹個因素影響著某一性質，看來，首先要找出這些因素，再在一定前提下確定何者是主要因素，很有必要。
把一個問題解析為若幹個較為簡單的問題
把一個問題視為由若幹個(相對而言)較為簡單問題的組合，而對於較為簡單的問題，一般情況下較容易判斷其主次關係。
數學中解某些三元聯立方程式時，可用一個新變量X表示原先兩個變量(如x、y)間某種特定關係。這樣，三元方程式簡化為X、z的二元方程式了。一定量氣體(摩爾固定了)的性質由p、V、T3個因素所決定。若固定其中某一因素，如固定溫度(T)，則
p1V1=p2V2
為Boyle定律；固定壓力(p)或體積(V)，則
為Charle定律；若遇到3個因素同時改變的情況，如由p1、V1、T1改變為p2、V2、T2，則可先設溫度不變
p1V1→p＇1V2，即p1V1=p＇1V2
再設體積V2不變
也可先設p1或V1不變，再設……這樣就可使所討論的複雜問題大為簡化。許多性質均可照此辦理。化學中的溶解度問題取決於溫度、溶質量和溶劑量3個因素。若固定溫度，則在改變溶劑或溶質量時，為了維持飽和狀態，溶質或溶液量有相應的改變；若固定溶劑或溶質量，則在改變溫度時，溶質或溶劑量必需作相應改變，才能保持飽和液；如遇這3個因素同時改變的情況，可先固定某一因素(如溫度)考慮其他2個變量間的相應關係(讓其中一個因素改變為題目所要求達到的量，此處設為溶質量)，然後再固定另一個因素(當然是溶質量)，使其他2個因素改變為題目所要求達到的量。
以上分別列舉了數學、物理學、化學中的某些問題，其共同點是：把一個問題解析為若幹個(相對而言)簡單問題，然後按簡單問題討論或計算。
(1)溶解度計算
最簡單的計算是固定溫度、溶質量或溶劑量三者之一，求其他兩種因素相互間的關係。
例120℃，100gKCl飽和液冷卻到0℃，可得多少克KCl晶體？(按題意看，溶劑量未變。)
解20℃時100g飽和KCl溶液中的含水量為x
即74.6g水(x)能溶解25.4gKCl。
0℃時74.6g水能溶解ygKCl
100∶27.6=74.6∶y
y=20.6g
析出量25.4－20.6=4.8g(KCl)
例2於20℃，使100g飽和KCl溶液揮發掉20.0g水，問在20℃能析出多少克KCl晶體？(此題是溫度不變)
解120℃時20g水能溶解xgKCl(即析出KCl晶體量)
x=34.0/5=6.8g(KCl)
解2水量為74.6－20.0=54.6g
設54.6g水能溶解ygKCl。
解得y=18.6g
析出量25.4－18.6=6.8g(KCl)
例3使20℃、100gKCl飽和溶液揮發掉20g水並冷卻到0℃，問能析出多少克KCl晶體？
解1溫度由20℃降為0℃，將析出4.8gKCl。
0℃時，揮發掉20.0g水，將析出27.6/5=5.5gKCl。
共析出4.8+5.5=10.3g(KCl)
解2於20℃時揮發掉20g水，析出6.8gKCl。
(74.6－20.0=)54.6g水於0℃能溶解ygKCl。
解得y=15.1g
共析出6.8+(18.6－15.1)=10.3g(KCl)
對於含有結晶水合物的溶解度，隻需加一步換算，其餘均和前述相同。
例420℃，120.7g飽和硫酸銅溶液，冷卻到0℃，能析出多少克CuSO4·5H2O晶體？(按題意，溶劑量未變)
解20℃時100g水能溶20.7gCuSO4，後者相當於xgCuSO4·5H2O。
即於20℃，88.4g水能溶解32.3gCuSO4·5H2O。
同理，0℃CuSO4·5H2O溶解度為22.3g溶解於92.0g水，相當於88.4g水溶解21.4gCuSO4·5H2O。
所以，由20℃降為0℃時析出CuSO4·5H2O量為
32.3－21.4=10.9g
例520℃，120.7g飽和硫酸銅溶液揮發掉20.0g水，析出多少克CuSO4·5H2O(溫度不變)？
解設20.0g水溶解xgCuSO4·5H2O
88.4∶20.0=32.3∶x
x=7.3g
例6使20℃，120.7g飽和硫酸銅溶液揮發掉20.0g水，冷卻到0℃，析出多少克CuSO4·5H2O？
解於20℃揮發掉20.0g水，析出7.3gCuSO4·5H2O，則溶液中尚有25.0gCuSO4·5H2O
剩餘水量88.4－20.0=68.4g，於0℃能溶解xgCuSO4·5H2O
92.0∶68.4=22.3∶x
x=16.6g
析出(25.0－16.6)+7.3=15.7g
遇到像硫酸鈉那樣的溶解度問題，它在低於32.4℃時，溶液中的固態物是Na2SO4·10H2O，高於32.4℃，固態物為Na2SO4。前者隨溫度上升溶解度增大，後者因溫度上升溶解度下降。如上CuSO4例那樣把0、10、20、30℃等低於32.4℃Na2SO4(摩爾質量為142g/mol)的溶解度換算為Na2SO4·10H2O(322g/mol)的溶解度，其餘計算均和上述CuSO4例相同。