基于模型認(rèn)知的深度學(xué)習(xí)為高效備考插上騰飛的翅膀——以復(fù)習(xí)“酸堿中和滴定曲線”圖象題為例

廣東 周曼文

近年來，高考化學(xué)選擇題的壓軸題多以圖形圖表形式出現(xiàn),如2017年全國卷Ⅰ第13題、2017年全國卷Ⅱ第12題均是“酸堿中和滴定曲線”圖象題。其數(shù)形結(jié)合，情景陌生，立意獨(dú)特，既是全卷的一大亮點(diǎn)，又是歷年高考考查的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。對(duì)于此類題型考生得分率普遍較低，原因是在傳統(tǒng)的高三復(fù)習(xí)備考中，學(xué)生的認(rèn)知僅停留在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理和羅列，解題能力的提升依賴重復(fù)而機(jī)械的習(xí)題訓(xùn)練。題海戰(zhàn)術(shù)雖能提升學(xué)生解題的熟練程度，但這種基于知識(shí)記憶的淺層復(fù)習(xí)會(huì)造成知識(shí)的碎片化、理解的膚淺化、思維的呆板化?；诖吮尘?，幫助學(xué)生形成認(rèn)知模型，提升學(xué)生的高階整合思維、培養(yǎng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力尤為迫切。

一、模型認(rèn)知的建立

1.剖析2017·全國卷Ⅰ·第13題，提煉認(rèn)知模型——識(shí)模

本題考查的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)是有關(guān)二元弱酸的中和反應(yīng)，但相關(guān)信息的獲取卻要以圖象的辨析來實(shí)現(xiàn)，這就是關(guān)鍵能力的考查。要答好此題，首先要利用數(shù)學(xué)原理和二元弱酸分步電離原理，弄清楚曲線 M 與曲線 N 分別與橫坐標(biāo)上離子濃度比對(duì)數(shù)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就要求考生調(diào)用已有的化學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)等必備信息,作為“證據(jù)”并進(jìn)行推理、整合和模型建構(gòu)。下圖1很好地解析了本題“圖象辨析的關(guān)鍵能力”，也是形成“模型認(rèn)知”的終極目標(biāo)。

圖1 化學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)知識(shí)關(guān)聯(lián)因素——“圖象辨析的關(guān)鍵能力”

2.強(qiáng)化“數(shù)形結(jié)合”的化學(xué)學(xué)習(xí)思維——建模

如圖2為2017年全國卷Ⅰ第13題的思維導(dǎo)圖，由圖2衍生形成解“酸堿中和滴定曲線”圖象題的思維模型(圖3)，從圖3我們不難找到“數(shù)形結(jié)合”化學(xué)學(xué)習(xí)思維的本質(zhì)就是用化學(xué)學(xué)科知識(shí)和規(guī)律解析圖中點(diǎn)、線、面的數(shù)據(jù)和關(guān)系。因此，我們的建模應(yīng)該由兩方面因素決定，一是學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，二是信息素養(yǎng)的強(qiáng)化。

圖2 解2017·全國卷Ⅰ·13題的思維導(dǎo)圖

圖3 “酸堿中和滴定曲線”圖象題的思維模型

(1)從“微粒觀”和“平衡觀”的視角優(yōu)化學(xué)生“酸堿中和”知識(shí)結(jié)構(gòu)

水溶液中的粒子行為包括溶質(zhì)的行為、溶劑的行為、溶質(zhì)與溶劑間的相互作用。溶質(zhì)的行為即溶質(zhì)的溶解及電離的程度；溶劑的行為即水的電離程度；溶質(zhì)與溶劑間的相互作用包括促進(jìn)水電離的“鹽的水解”、抑制水電離的“酸或堿”。圖4是從“微粒觀”的視角建構(gòu)的電解質(zhì)溶液知識(shí)體系，圖5是從“平衡觀”的視角建構(gòu)的電解質(zhì)溶液知識(shí)體系。

圖4 從“微粒觀”的視角建構(gòu)的電解質(zhì)溶液知識(shí)體系

圖5 從“平衡觀”的視角建構(gòu)的電解質(zhì)溶液知識(shí)體系

找到探討水溶液中粒子間相互作用的入手點(diǎn)和落腳點(diǎn)，形成解決“酸堿中和”問題的整體思路 (見圖6 ) 。

圖6 利用“微粒觀” 和“平衡觀”形成解決問題的思維導(dǎo)圖

例題1常溫下，用 0.100 0 mol ·L-1NaOH 溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol ·L-1CH3COOH 溶液所得滴定曲線如下圖。下列說法正確的是

( )

A.點(diǎn)①所示溶液中：c(CH3COO-)+c(OH-)=c(CH3COOH)+c(H+)

B.點(diǎn)②所示溶液中：c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)

C.點(diǎn)③所示溶液中：c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)

D.滴定過程中可能出現(xiàn)：c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)

答案：D

解析：酸堿反應(yīng)過程中，在滴入NaOH溶液后，隨著NaOH溶液的逐漸增多，會(huì)出現(xiàn)的離子濃度順序可參考如下表格：

表1

總結(jié)分析，得出規(guī)律，提升解題思維與方法如下：

①溶液呈酸性時(shí)，如表中序號(hào)1、2、3，c(CH3COO-)和c(OH-)在兩頭，而c(H+)和c(Na+)在中間出現(xiàn)c(H+)>c(Na+)、c(H+)=c(Na+)、c(H+)

②溶液為中性時(shí)，如表中序號(hào)4，c(CH3COO-)=c(Na+)，c(H+)=c(OH-)，CH3COOH幾乎被中和完全。

③溶液呈堿性時(shí)，如表中序號(hào)5、6、7，c(H+)和c(Na+)在兩頭而c(CH3COO-)和c(OH-)在中間出現(xiàn)c(CH3COO-)>c(OH-)、c(CH3COO-)=c(OH-)、c(CH3COO-)

④四個(gè)重要點(diǎn)，起點(diǎn)(溶質(zhì)為CH3COOH，微弱電離)，等量點(diǎn)(溶質(zhì)為CH3COOH與CH3COONa，二者相等，電離大于水解)，中性點(diǎn)[溶液呈中性，c(CH3COO-)=c(Na+)，c(H+)=c(OH-)]，完全反應(yīng)點(diǎn)(溶質(zhì)為CH3COONa，微弱水解)。

(2)以“酸堿中和圖象”為例，談?wù)勑畔⑺仞B(yǎng)的深度學(xué)習(xí)

化學(xué)圖象是利用數(shù)學(xué)工具對(duì)體系變化過程進(jìn)行直觀表征的結(jié)果，相比于文字信息和表格信息，其突出特征是直觀、簡潔、內(nèi)涵豐富，且能清晰表征物理量隨外界條件的變化過程，但豐富的圖象信息也增加了學(xué)生解讀圖象的難度，如雙縱坐標(biāo)圖象中多個(gè)因變量與自變量的關(guān)系分析，宏觀現(xiàn)象、微粒變化和符號(hào)表征之間建立的三重表征分析等。

例題2室溫下，向100 mL某濃度的多元弱酸HnA溶液中加入0.1 mol·L-1NaOH溶液，溶液的pH隨NaOH溶液體積的變化曲線如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是

( )

A.n=2且起始時(shí)c(HnA)=0.1 mol·L-1

B.b點(diǎn)時(shí)：c(Na+)>c(HA-)>c(H+)>c(OH-)>c(A2-)

D.c→d段，溶液中A2-的水解程度逐漸減弱

答案：B

解析：通過例1建構(gòu)認(rèn)知模型后，學(xué)生初步了解讀圖的方法與程序，大部分學(xué)生普遍思路清晰，能夠快速地從圖象中獲取有用的信息，分析曲線的起點(diǎn)、恰好完全反應(yīng)點(diǎn)、pH=7時(shí)對(duì)應(yīng)的溶液組成，進(jìn)而運(yùn)用“兩弱三守恒”來分析具體問題，順利答題。

總結(jié)分析，得出規(guī)律，提升解題思維與方法如下：

“認(rèn)知模型”建構(gòu)意義重大——可以幫助學(xué)生很快加工圖象中所獲取的信息解決實(shí)際問題，也能幫助學(xué)生舉一反三，從根源上找到解題方法，形成解題思路，鞏固程序性知識(shí)。

二、模型認(rèn)知的應(yīng)用

解模步驟：先關(guān)注圖象的基本意義和曲線的相互關(guān)系，再通過圖象的趨勢(shì)對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行定性研究。曲線的變化趨勢(shì)揭示了縱坐標(biāo)(體積分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率等)隨著橫坐標(biāo)(溫度、壓強(qiáng)等)的變化情況，根據(jù)趨勢(shì)可了解到反應(yīng)過程本身的特點(diǎn)。通過坐標(biāo)軸和點(diǎn)可以進(jìn)行定量計(jì)算，如求平衡常數(shù)等。從面到線再到點(diǎn)，解模的過程和建模的過程恰好相反，解模過程常常需要綜合運(yùn)用定性分析和定量計(jì)算，尤其是定量計(jì)算對(duì)思維的深度要求很高。高三復(fù)習(xí)階段需要通過深度學(xué)習(xí)發(fā)展學(xué)生高階思維，提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

變式1.乙二胺(H2NCH2CH2NH2)與NH3相似,水溶液呈堿性，25℃時(shí)，向10 mL 0.1 mol·L-1乙二胺溶液中滴加0.1 mol·L-1鹽酸，各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)δ隨溶液pH的變化曲線如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是

( )

A.混合溶液呈中性時(shí)，滴加鹽酸的體積小于10 mL

B.Kb2[H2NCH2CH2NH2]的數(shù)量級(jí)為10-8

C.a點(diǎn)所處的溶液中：c(H+)+3c{[H3NCH2CH2NH3]2+}=c(OH-) +c(Cl-)

D.水的電離程度：a>b

答案：A