多角度解題對(duì)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

閆秀茹 孫文平

新課標(biāo)下的高中化學(xué)教學(xué)，要注重在平時(shí)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，可進(jìn)一步拓寬思維的深度和廣度，訓(xùn)練學(xué)生思維的靈活性和敏捷性，學(xué)生在求異中歸一，在求同中建模，既能沖破現(xiàn)有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的局限，發(fā)揮出創(chuàng)造性，又能總結(jié)試題規(guī)律，構(gòu)建解題模型。

在教學(xué)中利用“一題多解”能較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，“多解歸一”又能促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成證據(jù)推理素養(yǎng)。本文以高中化學(xué)元素化合物教學(xué)中“一題多解、多解歸一”的思想談?wù)剬?duì)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

題目 部分氧化的Fe-Cu合金樣品（氧化產(chǎn)物為Fe2O3、CuO）共8.0 g，進(jìn)行如圖1所示處理，求標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生氣體的體積。

分析 本題起始反應(yīng)物質(zhì)為Fe、Cu、Fe2O3、CuO，因?yàn)闃悠分屑尤胱懔肯×蛩崆覟V液A中不含Cu2+，所以濾渣僅為Cu，故m（Cu）=3.2g，又因?yàn)镕e3+與Cu反應(yīng)，所以濾液A中無(wú)Fe3+，只有Fe2+，根據(jù)鐵元素的性質(zhì)可知，灼燒后得到的固體為Fe2O3，m（Fe2O3）=6.4 g，利用鐵元素守恒可得樣

品中鐵元素共為：n（Fe）=2×6.4g/160 g·mol-1=0.08 mol，總質(zhì)量為：m（Fe）=0.08 mol×56 g·mol-1=4.48 g，根據(jù)質(zhì)量守恒得：m（O）=m（總）-m（Cu）-m（Fe）=8.0 g-3.2 g-4.48 g=0.32g，n（O）=0.32 g/16 g·mol-1=0.02 mol。基于以上的分析，筆者根據(jù)平時(shí)的教學(xué)思考，總結(jié)出以下五種方法，供大家參考。

一、利用化學(xué)方程式轉(zhuǎn)化關(guān)系解題

根據(jù)以上分析，本題可簡(jiǎn)化為以下三個(gè)化學(xué)方程式，同時(shí)設(shè)Fe2O3為x mol，CuO為y mol，則有下列關(guān)系：

①Fe+Fe2O3+6H+3Fe2++3H2O

xx3x

②Fe+CuO+2H+Fe2++Cu+H2O

yyy

③Fe+2H+Fe2+

+H2↑

0.08 mol-（x+2x+y）mol

根據(jù)化學(xué)方程式，參加反應(yīng)①②的鐵元素物質(zhì)的量為：n（Fe）=n（Fe）+2n（Fe2O3）+n（CuO）=（x+2x+y）mol，根據(jù)反應(yīng)的數(shù)量關(guān)系可以看出，這部分鐵元素的物質(zhì)的量恰好等于原樣品中氧元素的物質(zhì)的量，也等于生成H2O的物質(zhì)的量，即n（O）=（3x+y）mol=0.02 mol，產(chǎn)生的氫氣等于發(fā)生反應(yīng)③的單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量，即： n（H2）=

0.08 mol-（x+2x+y）mol=0.06 mol。

二、利用電子轉(zhuǎn)移守恒解題

分析本題中各物質(zhì)電子轉(zhuǎn)移情況可知，失電子物質(zhì)為單質(zhì)鐵，鐵化合價(jià)由0升高到+2，失電子的物質(zhì)的量為2×（0.08-2x）mol，得電子的物質(zhì)分別為Fe2O3、CuO和H+，共得到電子的物質(zhì)的量為＼[2x+2y+2n（H2）＼]mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可得：2×（0.08-2x）=2x+2y+2n（H2），結(jié)合3x+y=0.02可得： n（H2）=0.06 mol。

三、利用元素等效法解題

原樣品和硫酸反應(yīng)后最終產(chǎn)物為FeSO4、Cu和H2，分析產(chǎn)物化合價(jià)特點(diǎn)，可以將原來(lái)的樣品等效為只有Fe、Cu和FeO，其中FeO反應(yīng)對(duì)應(yīng)產(chǎn)物為FeSO4，單質(zhì)鐵對(duì)應(yīng)產(chǎn)物為H2，因?yàn)樯鲜龇治鲋醒踉貫?.02 mol，則氧化亞鐵為0.02 mol，即n（FeO）=0.02 mol ，所以單質(zhì)鐵物質(zhì)的量為：n（Fe）=0.08 mol-0.02 mol=0.06 mol，所以n（H2）=0.06 mol。四、利用始態(tài)和終態(tài)分析解題

經(jīng)過(guò)上述分析，未被氧化前樣品為Fe和Cu，根據(jù)原子守恒，兩者的物質(zhì)的量分別為0.08 mol和0.05 mol，由于被氧化，所以部分轉(zhuǎn)化為Fe2O3和CuO，因?yàn)檠趸镏醒踉貫閚（O）=0.02 mol，分析氧元素來(lái)源于氧氣，故可理解為0.01 mol O2氧化了金屬混合物，所以樣品混合物與H+反應(yīng)，可理解為0.08 mol Fe、0.05 mol Cu、0.01 mol O2及H+反應(yīng)生成FeSO4、Cu和H2，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒規(guī)律，即鐵失去的電子物質(zhì)的量等于消耗氧氣得到電子和生成氫氣得到電子的總和，可得：0.08×2=0.01×4+2n（H2），故n（H2）=0.06 mol。

五、利用原子守恒解題

分析H2SO4的變化可知，最終在溶液中反應(yīng)的H2SO4都生成FeSO4和H2O，因n（Fe）=0.08 mol，所以FeSO4為0.08mol，也就是說(shuō)H2SO4反應(yīng)了0.08 mol，H+反應(yīng)了2×0.08 mol=0.16 mol，H2SO4中氫元素一部分轉(zhuǎn)化成氫氣，一部分轉(zhuǎn)化成水，根據(jù)原樣品中氧原子守恒可知n（H2O）=0.02 mol，所以n（H2）=（0.16 -2×0.02）/2 mol=0.06? mol。

以上五種方法從五個(gè)不同的角度進(jìn)行解題，構(gòu)建了不同的解題模型，有利于不同認(rèn)知水平的學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。這些解題模型的建立還可以解決如碳酸鈉與酸的反應(yīng)，二氧化碳與堿的反應(yīng)，鋁離子與強(qiáng)堿的反應(yīng)，偏鋁酸鈉與強(qiáng)酸的反應(yīng)等有中間反應(yīng)的計(jì)算，教師可根據(jù)學(xué)生的個(gè)性差異選擇不同的方法介紹。

在全面推進(jìn)素質(zhì)教育，深化新課程改革的形勢(shì)下，新課標(biāo)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力有明確要求。獨(dú)特的解題方法就是解決問(wèn)題的思維過(guò)程，它不僅能解釋物質(zhì)變化的微觀本質(zhì)，而且能產(chǎn)生具有明顯意義的新穎的思維成果，在課堂中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題《基于化學(xué)核心素養(yǎng)下高效優(yōu)質(zhì)課堂模式構(gòu)建的探索研究》階段成果（課題立項(xiàng)號(hào)： JJB1421160）

（收稿日期：2021-08-10）