模型認知視角下的化學計算復習策略研究

莊業(yè)明 范斌

[摘? ?要]以滴定實驗、化學平衡、工藝流程中的化學計算這三類經(jīng)典的化學題為例，研究模型認知核心素養(yǎng)視角下的化學計算復習策略，幫助學生提升自身的模型認知建構(gòu)意識和模型認知建構(gòu)能力，重新審視和思考化學計算教學的思路和方法，并以此提升學生的綜合素養(yǎng)和綜合能力。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);模型認知;化學計算;復習策略

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）29-0057-03

化學學科核心素養(yǎng)體系，要求發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)，要求教師積極開展“素養(yǎng)為本”的課堂教學實踐，主動探索“素養(yǎng)為本”的有效課堂教學模式和策略。在化學教學設計和實施過程中，教師應科學制訂具體可行、基于化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的教學目標，挖掘教學內(nèi)容在化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展方面的獨特價值，這對教師來說是一個新的、富有挑戰(zhàn)性的研究課題。“證據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)體系的要素之一?！澳Ｐ驼J知”就是將現(xiàn)實生活中的問題進行抽象之后形成的因素集合體。在化學模型認知的建構(gòu)過程中，學生主觀地對因素和條件進行取舍，對現(xiàn)實問題進行轉(zhuǎn)化，從而抓住化學問題的本質(zhì)特征。

重新審視和思考化學計算教學的思路和方法，我們會發(fā)現(xiàn)化學計算表面上是計算問題，實際上是綜合能力的體現(xiàn)。它不僅包括化學的基本計算，還包括化學的基本概念、化學術(shù)語的含義等化學知識。其中，質(zhì)量守恒定律是化學方程式計算的基礎，數(shù)學是化學計算的工具，化學概念和術(shù)語是化學計算的前提。在高三化學計算復習中引導學生建構(gòu)模型，強調(diào)模型建構(gòu)的實用性，不僅能提升學生的復習效率，還能培養(yǎng)學生的模型認知建構(gòu)意識，進而用模型認知的思想和方法處理和解決生活中的問題。

在“模型認知”核心素養(yǎng)視角下進行分類復習，并通過典型練習進行強化訓練，將會達到更好的復習效果。下面對幾種典型的化學計算題的解題模型建構(gòu)及模型實踐進行分析。

一、滴定實驗中的化學計算——利用“關(guān)系式”法計算物質(zhì)含量

“關(guān)系式”法常用于一步反應或多步連續(xù)反應，可以減少不必要的中間計算過程，避免計算誤差，并能快速準確地獲得結(jié)果。在一步反應中，可以直接求出反應物與目標產(chǎn)物之間的關(guān)系;在多步連續(xù)反應中，如果第一步的產(chǎn)物是下一步的反應物，則根據(jù)化學方程式，可將該物質(zhì)用作“中介”，以搭建已知物質(zhì)與所求物質(zhì)之間量的關(guān)系橋梁。

化學實驗中的計算經(jīng)常涉及滴定實驗。碘量法是氧化還原滴定法中應用較廣泛的一種方法，近年來在高考中屢見不鮮。碘量法分為直接碘量法和間接碘量法。直接碘量法是用碘滴定液直接滴定還原性物質(zhì)的一種方法，在滴定過程中，I2被還原為I-;間接碘量法則利用I-的還原性和氧化性物質(zhì)反應產(chǎn)生I2。

【模型建構(gòu)】

1. 寫出有關(guān)的離子方程式。

2. 找到轉(zhuǎn)化時各物質(zhì)之間的比例關(guān)系，得出關(guān)系式。

3. 對題給數(shù)據(jù)和信息進行處理，最后通過計算得到結(jié)果。

【例1】（2017·全國卷Ⅱ節(jié)選）水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測定學校周邊河水中的溶解氧。實驗步驟及測定原理如下：

Ⅰ. 收樣、氧的固定

用溶解氧瓶采集水樣;記錄大氣壓及水體溫度;將水樣與Mn（OH）2堿性懸濁液（含有KI）混合，反應生成MnO（OH）2，實現(xiàn)氧的固定。

Ⅱ. 酸化、滴定

將固氧后的水樣酸化，MnO（OH）2被I-還原為Mn2+，在暗處靜置5 min，然后用標準Na2S2O3溶液滴定生成的I2（2S2O32++I2=2I- +S4O62- ）。

回答下列問題：

題后點睛：在使用“關(guān)系式”模型解題時，不管是碘量法，還是其他的比例關(guān)系，解題的關(guān)鍵都是要回歸到各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系上。綜合實驗題的計算，側(cè)重于對“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”化學學科核心素養(yǎng)的考查。

二、化學平衡綜合題中的化學計算——利用“三段式”解題法計算轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)

與化學平衡相關(guān)的綜合題目中，常常涉及轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)的計算，此類計算中經(jīng)常會用到“三段式”解題法，該方法是有效解答化學平衡計算題的萬能鑰匙。解題時，要注意準確清晰地列出起始量、變化量、平衡量，然后再按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。

【模型建構(gòu)】

1. 明確三個量——起始量、變化量、平衡量，列出可逆反應的三段式（如需設未知數(shù)，一般設轉(zhuǎn)化量為未知數(shù)）。

（1） 反應物的平衡量=起始量-轉(zhuǎn)化量;

（2） 生成物的平衡量=起始量+轉(zhuǎn)化量;

（3） 各物質(zhì)轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學方程式中化學計量數(shù)之比。轉(zhuǎn)化濃度是聯(lián)系平衡濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學反應速率的橋梁，因此，轉(zhuǎn)化濃度是解題的關(guān)鍵。

2. 列出平衡時的各物質(zhì)濃度，按要求計算。

（1） 轉(zhuǎn)化率=[n（轉(zhuǎn)化）n（起始）]×100%=[c（轉(zhuǎn)化）c（起始）]×100%;

（2） 平衡常數(shù)：[K=生成物濃度冪之積反應物濃度冪之積]（切記平衡常數(shù)表達式中的濃度為各組分平衡時的濃度）。

題后點睛：在使用“三段式”模型解題時，轉(zhuǎn)化率的計算關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)化量與起始量的確定;化學平衡常數(shù)的計算關(guān)鍵在于各組分平衡濃度的確定。化學平衡題的計算，側(cè)重于對“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”化學學科核心素養(yǎng)的考查。

三、工藝流程題中的化學計算——利用溶度積常數(shù)Ksp進行相關(guān)計算

在工藝流程的除雜或分離環(huán)節(jié)，經(jīng)常通過加入沉淀劑或控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成沉淀將其除掉或分離，一般需要用到難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)Ksp進行相關(guān)計算，這類題目主要有以下幾種類型：

1. 已知溶度積求溶液中的某種離子的濃度。

2. 判斷在一定條件下沉淀能否生成或溶解。

3. 已知溶度積、溶液中某離子的濃度，求某金屬離子開始沉淀和沉淀完全（金屬離子濃度小于1×10-5 mol·L-1）的pH。

4. 計算沉淀轉(zhuǎn)化反應的平衡常數(shù)。

【模型建構(gòu)】

1. 判斷電解質(zhì)是否為難溶電解質(zhì)。

2. 判斷溶液是否為飽和溶液，如果達到飽和或平衡狀態(tài)，則可用Ksp直接進行計算（不飽和溶液的濃度積QcKsp，有沉淀析出，達平衡時Qc=Ksp）。

3. 根據(jù)公式Ksp（AmBn）=cm（An+）·cn（Bm-）計算所求離子濃度（式中的濃度均為離子平衡濃度）。

（3）（2015·全國卷Ⅱ節(jié)選）有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

【模型實踐】

題后點睛：利用溶度積常數(shù)Ksp進行相關(guān)計算時，必須確認此溫度下是難溶電解質(zhì)的飽和溶液，再根據(jù)Ksp（AmBn）=cm（An+）·cn（Bm-）和具體要求進行相應的離子濃度或者pH的計算。工藝流程題中Ksp的相關(guān)計算側(cè)重于“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”化學學科核心素養(yǎng)的考查。

（責任編輯 羅? ?艷）