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      守恒觀在高中化學(xué)計算教學(xué)中的建模初探

      2020-10-26 06:45:57郭朝明
      新教育時代·教師版 2020年22期
      關(guān)鍵詞:化學(xué)教學(xué)建模

      郭朝明

      摘?要:積極培養(yǎng)學(xué)生的守恒意識,構(gòu)建守恒觀,運用守恒法,快速、準(zhǔn)確地幫助學(xué)生解決化學(xué)問題,提升化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),提高化學(xué)問題的解題能力?;瘜W(xué)學(xué)科中的守恒主要包括質(zhì)量守恒、物料守恒、得失電子守恒和電荷守恒。

      關(guān)鍵詞:化學(xué)教學(xué)?守恒觀?方法和技巧?建模

      發(fā)展心理學(xué)認為,守恒是指物體的形式并未改變,但途徑具有同一性、補償性和可逆性。高中化學(xué)計算教學(xué),知識難度較大,學(xué)生往往難于掌握。守恒觀的構(gòu)建和應(yīng)用,能很好地幫助學(xué)生開啟思維,快速找尋知識突破點,實現(xiàn)有效教學(xué)并提高學(xué)習(xí)效率。

      一、課堂教學(xué)中守恒意識的培養(yǎng)

      高中學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)計算知識時常感到難度大,思維打不開,容易產(chǎn)生畏難情緒。教師在化學(xué)計算教學(xué)過程中應(yīng)有意識地培養(yǎng)學(xué)生守恒意識,訓(xùn)練守恒思維,在許多計算試題中,若能巧妙運用守恒法,??蛇_到事半功倍的效果。長期堅持使用守恒法解題,有助于形成高效思想,提高學(xué)習(xí)效率。

      比如,質(zhì)量守恒意識的培養(yǎng)。質(zhì)量守恒定律是指化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和相等。其本質(zhì)是:化學(xué)反應(yīng)前后,各元素原子的種類和數(shù)目沒有改變。質(zhì)量守恒是初三化學(xué)的重點,高中階段一般要求學(xué)生能快速靈活運用。質(zhì)量守恒運用于化學(xué)計算時,題意往往不是單一的化學(xué)反應(yīng),因此,解題時應(yīng)從思維上跳出題目,宏觀把握題意,再結(jié)合守恒思想以達成解決問題的目的。

      例1:有一塊鋁鐵合金溶于足量鹽酸中,再用過量的NaOH溶液處理,將產(chǎn)生的沉淀過濾、洗滌、干燥、灼燒后,剩余固體粉末的質(zhì)量與原合金質(zhì)量恰好相等,則合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)是多少?

      分析:鋁鐵合金溶于足量鹽酸時,兩種金屬全部可溶解,溶解后分別生成Al和Fe,再用過量的NaOH溶液處理,則有Al全部轉(zhuǎn)化為[Al(OH)],F(xiàn)e全部轉(zhuǎn)化為Fe(OH)白色沉淀,經(jīng)過濾、洗滌、干燥、灼燒等過程,F(xiàn)e(OH)白色沉淀迅速變?yōu)榧t褐色的Fe(OH)沉淀,而后灼燒分解得到FeO固體粉末。相關(guān)方程式為Al+ 4OH=[Al(OH)],F(xiàn)e+ 2OH=Fe(OH)↓,4Fe(OH)+O+2HO=4Fe(OH),2Fe(OH)= FeO+3HO(加熱)。因剩余固體粉末的質(zhì)量與原合金質(zhì)量恰好相等,且合金中的Fe元素全部轉(zhuǎn)至剩余固體粉末(FeO),所以合金中鋁的質(zhì)量即與固體粉末中氧元素的質(zhì)量相等,即鋁的質(zhì)量分數(shù)等于固體粉末中氧元素的質(zhì)量分數(shù)。則有3×16/(2×56+3×16)=0.3 ,答案:30%。

      例2:將20.6g由Fe、Al、Cu組成的合金溶于足量的NaOH溶液中,合金質(zhì)量減少了5.4g。另取等質(zhì)量的合金溶于過量稀硝酸中,生成了8.96LNO(標(biāo)準(zhǔn)狀況),向反應(yīng)后的溶液中加入適量NaOH溶液,使Fe、Al、Cu恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀,則沉淀的質(zhì)量為(?)

      A.29.8g??B.35.2g??C.41.0g??D.47.2g

      分析:本題是金屬元素與酸或堿反應(yīng)的性質(zhì)的應(yīng)用??捎卸喾N解法。用電量守恒法,快速簡便。依題意知,三種金屬與稀硝酸反應(yīng)時,硝酸過量,則三種金屬失去的電子數(shù)之和與硝酸被還原成NO時所獲得的電子總數(shù)相等,另,金屬失電子后轉(zhuǎn)變成金屬陽離子,每失1mol電子,在金屬陽離子轉(zhuǎn)化成沉淀時要結(jié)合1mol的OH,因此,由原先合金最終轉(zhuǎn)化為沉淀固體所增加的質(zhì)量即為增加的OH質(zhì)量,而增加的OH物質(zhì)的量又等于轉(zhuǎn)移的電子總數(shù),即n(OH)=n(電子)=8.96L/22.4L·mol×3=1.2mol,最后沉淀的質(zhì)量為1.2mol×17g/mol+20.6g=41.0g,答案:C。

      二、問題解決中守恒方法的應(yīng)用

      守恒法是中學(xué)化學(xué)計算中的一種很重要的方法和技巧,其主要特點是抓住有關(guān)變化的始態(tài)和終態(tài),利用某種不變量建立關(guān)系式,從而達到簡化思路,快速解題。應(yīng)用化學(xué)守恒方法解決相關(guān)問題,主要依據(jù)是化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子間的重新組合,所以一切化學(xué)反應(yīng)都存在著物料守恒和質(zhì)量守恒,氧化-還原反應(yīng)中還存在電子得失守恒與電量守恒,化合物及電解質(zhì)溶液中因為陰陽離子電荷數(shù)守恒,所以呈電中性。若在化學(xué)計算中能夠巧妙地運用守恒的思想,常常能夠避繁就簡,達到事半功倍的效果。在具體解題中,可應(yīng)用單一守恒原理,也可綜合運用多種守恒。

      例4:鎂帶在空氣中燃燒生成氧化鎂和氮化鎂。將燃燒后的產(chǎn)物溶解在60 mL 2.0 mol/L的鹽酸中,再用20 mL 0.5 mol/L NaOH溶液恰好中和多余的鹽酸,最后在此溶液中加入過量的堿,把氨全部蒸出來,用稀鹽酸吸收,稀鹽酸增重0.17 g。求鎂帶的質(zhì)量為多少。

      分析:此題可單一應(yīng)用電荷守恒,即根據(jù)電解質(zhì)溶液中,陰陽離子所帶電荷數(shù)相等,整個體系仍呈電中性。依題意,知2n(Mg)+n(NH)+n(Na)=n(Cl),代入數(shù)據(jù):2n(Mg)+0.17/17+0.5×0.02=2.0×0.06,解得:n(Mg)=0.05 mol,m(Mg)=1.2g。

      依題意知,本題至少有六個反應(yīng),按常規(guī)解法非常復(fù)雜,計算容易出錯。若根據(jù)質(zhì)量守恒思想,忽略各反應(yīng)的過程,抓住反應(yīng)結(jié)果,即可知反應(yīng)后的溶液只是NaSO溶液,再根據(jù)電荷守恒,溶液中Na所帶正電荷數(shù)等于SO所帶負電荷數(shù),再結(jié)合物料守恒,Na的物質(zhì)的量等于NaOH的物質(zhì)的量,SO的物質(zhì)的量等于HSO的物質(zhì)的量。則有, C(HSO)×0.5L×2=2mol/L×0.5L,所以C(HSO)=1mol/L。

      總之,守恒觀的構(gòu)建,是教學(xué)理念的落實,是學(xué)習(xí)思維的成長,是學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升。守恒法的巧妙應(yīng)用,能大大提高學(xué)生的自信心,獲得學(xué)習(xí)的滿足感,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望和智慧潛能,充分發(fā)揮學(xué)生內(nèi)在能動力,有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的技巧,提高學(xué)習(xí)效率,促進課堂教學(xué)的有效性。

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