坐標系在高中化學教學中的應用

陽紹兵

教學要有法，更要有妙法。隨著社會的迅猛發(fā)展和科技的日新月異，化學教師應與時俱進，不斷探索創(chuàng)新，尋找高效的教學方法，甚至進行不同學科間方法的遷移運用，實現(xiàn)學科間的完美融合，這不僅符合新課程理念，還能收到意想不到的奇妙效果。

法國數(shù)學家笛卡爾（Descarts，1596-1650）創(chuàng)立了平面直角坐標系，以平面上的一點到兩條互相垂直的數(shù)軸的向量來表示點的位置?！白鴺恕笔沟脭?shù)與形之間和諧交融、完美結合，解決了“數(shù)無形時少直觀，形缺數(shù)時難入微”的不足。在教學中充分運用學生熟知的平面直角坐標系并進行適當?shù)倪w移，能使化學教學獲得事半功倍之效。

一、展示事物內在聯(lián)系，使教學對象直觀化

用平面直角坐標系表示一些事物，可以形象、直觀、簡明扼要地表示出該事物具有的特點或規(guī)律，通過分析平面直角坐標系，使人對該事物的了解一目了然。例如在《化學平衡》教學中，以縱坐標表示某氣體的物質的量、物質的量濃度、轉化率、體積分數(shù)等，以橫坐標表示時間、溫度（或壓強）等，可以清楚地表達出外界條件對化學反應速率、化學平衡的影響。許多化學知識的特點或規(guī)律性都比較強，比較適于用平面直角坐標系表示其鮮明的特點或規(guī)律。

二、表達事物量的變化，體現(xiàn)教學對象的規(guī)律性

數(shù)據(jù)有正有負時，適合用坐標系來表示。通常以縱坐標來表示較量的變化，通過比較橫坐標對縱坐標的影響，從而揭示出事物內在的聯(lián)系。

例題：某化學興趣小組專門研究了氧族元素及其化合物的部分性質，所查資料信息如下。

①酸性：H2SO4>H2SeO4>H2TeO4；

②氧、硫、硒與氫氣化合越來越難，碲與氫氣不能直接化合；

③由某元素的單質生成等物質的量的氫化物的焓變情況如下圖所示。

答案：（1）放出；（2）因為化合時ΔH>0，ΔS<0，ΔH-TΔS>0，故反應不能自發(fā)進行；（3）①②③。

分析：ΔH<0的反應是放熱反應，ΔH越小，生成的氣態(tài)氫化物的能量越低，越穩(wěn)定；ΔH>0的反應是吸熱反應，ΔH越大，氣態(tài)氫化物的能量越高，就越難生成。此題從焓判據(jù)的角度，揭示了元素周期律，也把所學的知識進行了縱向聯(lián)系，既能把知識融會貫通，又能使知識形成網(wǎng)絡，淋漓盡致地展示了知識間的內在聯(lián)系。

三、利用象限理論，闡述教學對象的區(qū)域化

在二維平面內建立坐標系，第一象限的符號為“+、+”，第二象限的符號為“—、+”，第三象限的符號為“—、—”，第四象限的符號為“+、—”。借助于數(shù)學坐標系四個象限的符號，聯(lián)系焓變與熵變對反應方向的共同影響，可以從熱力學的角度快速判斷化學反應的方向。

例題：利用“四象限法”判斷化學反應的方向。（闡述焓變和熵變對反應方向的共同影響）

我們可以利用象限理論坐標系，把坐標系左上角的區(qū)域規(guī)定為第一象限，以逆時針旋轉，依次劃分為第二、三、四象限，這樣我們可以把四個象限歸屬于四個模塊區(qū)域。這樣，不僅展現(xiàn)了四個區(qū)域間的聯(lián)系與區(qū)別，而且直觀地、形象地展示了教學對象的區(qū)域性。如下圖：

答案：（1）放出；（2）因為化合時ΔH>0，ΔS<0，ΔH-TΔS>0，故反應不能自發(fā)進行；（3）①②③。

分析：ΔH<0的反應是放熱反應，ΔH越小，生成的氣態(tài)氫化物的能量越低，越穩(wěn)定；ΔH>0的反應是吸熱反應，ΔH越大，氣態(tài)氫化物的能量越高，就越難生成。此題從焓判據(jù)的角度，揭示了元素周期律，也把所學的知識進行了縱向聯(lián)系，既能把知識融會貫通，又能使知識形成網(wǎng)絡，淋漓盡致地展示了知識間的內在聯(lián)系。

三、利用象限理論，闡述教學對象的區(qū)域化

在二維平面內建立坐標系，第一象限的符號為“+、+”，第二象限的符號為“—、+”，第三象限的符號為“—、—”，第四象限的符號為“+、—”。借助于數(shù)學坐標系四個象限的符號，聯(lián)系焓變與熵變對反應方向的共同影響，可以從熱力學的角度快速判斷化學反應的方向。

例題：利用“四象限法”判斷化學反應的方向。（闡述焓變和熵變對反應方向的共同影響）

我們可以利用象限理論坐標系，把坐標系左上角的區(qū)域規(guī)定為第一象限，以逆時針旋轉，依次劃分為第二、三、四象限，這樣我們可以把四個象限歸屬于四個模塊區(qū)域。這樣，不僅展現(xiàn)了四個區(qū)域間的聯(lián)系與區(qū)別，而且直觀地、形象地展示了教學對象的區(qū)域性。如下圖：