高中化學(xué)解題中建模思想的有效應(yīng)用

楊 洋

(江蘇省淮安市楚州中學(xué) 223200)

建模思想是一種運(yùn)用模型分析、解決問題的思想.在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)從模型構(gòu)建、模型應(yīng)用兩個方面展開教學(xué)，深化學(xué)生對化學(xué)知識的認(rèn)識與理解，提高學(xué)生建模思想應(yīng)用意識，幫助其積累建模思想應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，促使學(xué)生的解題能力提升到一個新的高度.

1 氧化還原反應(yīng)模型及應(yīng)用

氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)非常重要的模型.構(gòu)建氧化還原反應(yīng)模型應(yīng)從化合價的變化判斷出氧化劑和還原劑，其中氧化劑得到電子被還原對應(yīng)還原產(chǎn)物；還原劑失去電子被氧化對應(yīng)氧化產(chǎn)物.該模型牢記兩個非常重要的關(guān)系：得失電子守恒關(guān)系和氧化性、還原性強(qiáng)弱關(guān)系.氧化劑得到的電子數(shù)目與還原劑失去的電子數(shù)目始終相等.同時，氧化劑的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物，還原劑的還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物.守恒關(guān)系可用于相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，氧化性還原性強(qiáng)弱關(guān)系可用于判斷化學(xué)反應(yīng)的先后順序.當(dāng)然應(yīng)用氧化還原反應(yīng)模型解題還應(yīng)注重元素守恒的應(yīng)用，以構(gòu)建相關(guān)等式關(guān)系.

例1在適量的濃硝酸中融入一定量的金屬銅，銅無剩余，測得生成了混合氣體共1.8mol(含NO、N2O4、NO2).將得到的氣體平均分成兩份，一份與標(biāo)準(zhǔn)狀況下8.96L氧氣反應(yīng)后用水吸收，無剩余氣體；一份剛好被500mL 2mol/L的NaOH溶液吸收，生成含有NaNO2和NaNO3的鹽溶液，則NaNO3的物質(zhì)的量為( ).

A.0.1mol B.0.2mol C.0.3mol D.0.4mol

直接寫出化學(xué)方程式還需配平，相對來說較為繁瑣.運(yùn)用氧化還原反應(yīng)模型，氮元素守恒，分析兩份氣體的內(nèi)在聯(lián)系.同時，因氣體和氧氣反應(yīng)后均轉(zhuǎn)化成稀硝酸，采用整體思想，設(shè)出并求出氮元素化合價變化的平均值，借助鈉元素守恒以及得知電子守恒，可順利求解出結(jié)果.

2 離子方程式正誤判斷模型及應(yīng)用

離子方程式正誤判斷是高中化學(xué)測試以及高考的參考題型.教學(xué)實(shí)踐中教師應(yīng)分析離子方程式書寫時注意的事項(xiàng)，通過構(gòu)建針對性模型，將判斷正誤的知識點(diǎn)系統(tǒng)起來，指引學(xué)生以后更好的解題.首先，分析物質(zhì)狀態(tài)，確定是否將物質(zhì)拆分成離子形式.其中氧化物、易揮發(fā)物、難電離物質(zhì)、難溶物質(zhì)，不拆分.同時，對于生成物為氣體、沉淀的應(yīng)標(biāo)明對應(yīng)符號；其次，看參加反應(yīng)物質(zhì)的順序、比例是否正確.對于有多種物質(zhì)的存在的反應(yīng)需根據(jù)氧化性、還原性強(qiáng)弱，判斷反應(yīng)順序是否正確以及參與反應(yīng)的物質(zhì)關(guān)系、對應(yīng)的生成物是否正確；最后，分析電荷是否守恒.離子方程式兩邊電荷應(yīng)守恒.為使學(xué)生運(yùn)用離子方程式正誤判斷模型全面的考慮問題，提高解題正確性，教師應(yīng)做好典型例題講解，做好習(xí)題中錯誤離子方程式的糾正.

例2下列離子方程式書寫正確的是( ).

A.丙烯醛和足量溴水反應(yīng)：

2Br-+2H++CH2BrCHBrCOOH

B.Na2O2固體投入到H218O中：

C.向Na2SO3溶液中通入少量Cl2：

D.用高錳酸鉀溶液滴定草酸：

10CO2↑+2Mn2++8H2O

習(xí)題考查的知識點(diǎn)較多，包括有機(jī)物中的加成、氧化反應(yīng)、物質(zhì)自身的氧化還原反應(yīng)、受物質(zhì)的量影響的氧化還原反應(yīng).教師授課時需應(yīng)用模型知識逐一進(jìn)行分析，展示模型知識的具體應(yīng)用.

解析A項(xiàng)有碳碳雙鍵存在因此發(fā)生加成反應(yīng)，Br2具有較強(qiáng)氧化性可將—CHO氧化成—COOH，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)中Na2O2既為氧化劑又是還原劑，水的化合價并未發(fā)生改變，正確的離子方程式為

錯誤；D項(xiàng)草酸為弱酸，離子式不拆開，錯誤.綜上分析選擇A項(xiàng).

3 化學(xué)平衡模型及應(yīng)用

化學(xué)平衡是高中化學(xué)的重難點(diǎn).為提高學(xué)生解決化學(xué)平衡問題的能力，教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)與學(xué)生一起構(gòu)建化學(xué)平衡模型，將相關(guān)因素對化學(xué)平衡的影響整合到一個模型之中，深化學(xué)生理解，為其靈活應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).溫度、物質(zhì)的量濃度、壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響從整體上遵循勒夏特列原理.但是對于壓強(qiáng)這一因素較為特殊，如可逆反應(yīng)是相對分子質(zhì)量不變的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)并不會影響化學(xué)平衡移動.另外，計(jì)算與化學(xué)平衡相關(guān)的參數(shù)，注重列出三段式，設(shè)出相關(guān)參數(shù)，結(jié)合題干條件構(gòu)建、求解方程.對于范圍類的問題可采用極限思維進(jìn)行分析.

A.正反應(yīng)吸熱

B.甲容器壓強(qiáng)增大可能由氣體總物質(zhì)的量增大引起

C.a點(diǎn)平衡常數(shù)K=12

D.氣體總物質(zhì)的量na

圖1

以圖像為背景考查學(xué)生化學(xué)平衡知識的掌握與理解情況，是化學(xué)平衡部分的常見題型.針對該題應(yīng)找到引起圖線變化的主要因素，借助化學(xué)平衡模型有效地切入，尤其通過分析圖像參數(shù)、圖線高低關(guān)系，找到隱含的物質(zhì)的量關(guān)系.

4 原電池模型及應(yīng)用

原電池模型是高中化學(xué)非常重要的模型.教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)注重預(yù)留空白時間要求，學(xué)生自己構(gòu)建原電池模型，加深對原電池的深層次認(rèn)識.根據(jù)物質(zhì)元素化合價變化，確定失去電子和得到電子的物質(zhì)以及電極名稱.結(jié)合氧化還原反應(yīng)模型可知，失去電子被氧化，得到電子被還原，即正負(fù)電極對應(yīng)的反應(yīng)類型為：還原反應(yīng)、氧化反應(yīng).電子通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)移，但不過溶液.溶液中的離子按照陰向負(fù)，陽向正的原則移動，即陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動.對于相關(guān)物質(zhì)參數(shù)的計(jì)算依據(jù)電極反應(yīng)方程式進(jìn)行.為鍛煉學(xué)生的學(xué)以致用能力，教師應(yīng)與學(xué)生一起完成相關(guān)例題的解答.

例4如圖2為一種以MoS2為電極催化劑的Zn-NO電池系統(tǒng).系統(tǒng)既能合成氨又能提供電能，工作原理如圖2所示.其中雙極膜可將水解離為H+與OH-，并實(shí)現(xiàn)定向通過，則以下說法不正確的是( ).

圖2

A.電勢Zn/ZnO電極低于MoS2電極電勢

B.電池工作時NaOH溶液與Na2SO4溶液濃度均變小

D.電路通過1mol電子，整個電池系統(tǒng)質(zhì)量會增大3g

由原電池模型能很快判斷出電極的正負(fù)，NO→NH3的轉(zhuǎn)化對應(yīng)正極.判斷物質(zhì)濃度變化情況，結(jié)合電極反應(yīng)方程式中的產(chǎn)物不難作出判斷.結(jié)合氧化還原反應(yīng)以及原電池模型，可順利寫出對應(yīng)電極的電極反應(yīng)方程式求出相關(guān)參數(shù).

5 鹽類的水解模型及應(yīng)用

鹽類的水解是高中化學(xué)較為抽象的知識點(diǎn).教學(xué)實(shí)踐中教師應(yīng)構(gòu)建鹽類的水解模型，使學(xué)生牢記“越弱越水解，誰強(qiáng)顯誰性”，理解該句話表示的含義.比較溶液中離子濃度大小應(yīng)判斷水解與電離之間的強(qiáng)弱關(guān)系、溶液的pH，借助電荷守恒、元素守恒、物料守恒做出判斷.另外，教師應(yīng)在學(xué)生牢記該模型相關(guān)規(guī)律的基礎(chǔ)上，多組織學(xué)生訓(xùn)練，深化其理解，鍛煉其解題能力，提高其解題水平.

例5將0.02mol/L的MOH溶液逐滴滴加到100mL0.01mol/L的HA溶液中.混合溶液pH和加入MOH溶液體積之間的關(guān)系如圖3所示(忽略溶液體積變化)，則( ).

圖3

A.MOH為一元強(qiáng)堿溶液pH和MOH體積關(guān)系圖象

B.K點(diǎn)對應(yīng)的溶液中：c(M+)+c(MOH)=2c(A-)

C.K點(diǎn)對應(yīng)的溶液中：c(OH-)+c(MOH)-c(H+)=c(M+)

D.N點(diǎn)水的電離程度較K點(diǎn)水的電離程度小

結(jié)合物質(zhì)的量濃度之間的大小關(guān)系以及圖像pH分析出物質(zhì)的強(qiáng)弱.同時，確定不同條件下溶液的中含有的物質(zhì)，按照鹽類的水解模型，構(gòu)建離子濃度的相等關(guān)系，通過整合等式得出最終結(jié)果.

解析由圖可知起初0.01mol/L的HA溶液的pH=2，表明其為強(qiáng)酸.當(dāng)MOH和HA完全反應(yīng)消耗50mL的MOH，由圖可知對應(yīng)的pH<7，表明MOH為弱堿.由反應(yīng)可知K點(diǎn)為等物質(zhì)的量的MOH、MA混合溶液，由物料守恒可得K點(diǎn)對應(yīng)的溶液中：c(M+)+c(MOH)=2c(A-)，由電荷守恒關(guān)系可得：c(OH-)+c(A-)=c(M+)+c(H+)，因pH>7，則c(OH-)>c(H+)，聯(lián)立可得c(OH-)+c(MOH)-c(H+)

綜上所述，建模思想無論是深化學(xué)生理解，還是在提高學(xué)生解題能力上均有著積極促進(jìn)的作用.教學(xué)實(shí)踐中教師應(yīng)將建模思想納入教學(xué)重點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)建模環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生做好化學(xué)模型的構(gòu)建以及總結(jié).同時，做好化學(xué)模型的應(yīng)用講解，使學(xué)生體會建模思想的重要價值，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)與應(yīng)用的自覺性.