高中化學(xué)解題中建模思想的應(yīng)用

陳仙玉

(福建省上杭縣第一中學(xué) 364200)

高中化學(xué)解題中，引導(dǎo)學(xué)生正確利用建模思想，對題目中的信息進(jìn)行提煉，有效利用題目條件解題，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問題簡單化，加深知識理解和掌握，提高學(xué)生知識利用能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng).因此，作為高中化學(xué)教師，在解題教學(xué)中，注重建模思想的引入，引入建模思想，對化學(xué)問題進(jìn)行分析和解答，提高學(xué)生解題效果和質(zhì)量.

1 氧化還原模型在解題中的應(yīng)用

氧化還原反應(yīng)模型是高中化學(xué)的重要模型.運(yùn)用該模型解題的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地判斷氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物.注重得失電子守恒的應(yīng)用.

例1已知將一定量的氯氣通入100mL 6mol/L的氫氧化鈉溶液中恰好完全反應(yīng).產(chǎn)物可能有NaClO3、NaClO、NaCl，其中NaClO3的物質(zhì)的量濃度和溫度高低有關(guān)，則以下說法正確的是( ).

A.反應(yīng)后溶液中c(Cl-)∶c(ClO-)∶c(ClO3-)=6∶6∶1

B.被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質(zhì)的量為0.3mol

C.反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量可能為0.4mol

D.反應(yīng)后溶液中c(NaCl)≤0.5mol/L

解析設(shè)NaCl、NaClO、NaClO3物質(zhì)的量分別amol、bmol、cmol.由氧化還原反應(yīng)模型可知,反應(yīng)中電子守恒，即b+5c=a，有鈉元素守恒可知a+b+c=6mol/L×0.1L=0.6mol.A項(xiàng)不符合電子守恒規(guī)律，錯誤；B項(xiàng)，有生成的產(chǎn)物可知，鈉原子與氯原子的個數(shù)比為1∶1，因此，被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質(zhì)的量為0.6mol/2=0.3mol,正確；C項(xiàng)，NaCl為還原產(chǎn)物，若轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol，則所生成0.4mol NaCl，將a=0.4mol代入，可得b=0.15mol，c=0.05mol，有符合題意的解，正確；D項(xiàng)，分析可知2a=0.6+0.4c，當(dāng)產(chǎn)物中NaClO3越多，NaCl的物質(zhì)的量越多，當(dāng)產(chǎn)物中只有NaCl和NaClO3時(shí)，NaCl的物質(zhì)的量達(dá)到最大，此時(shí)a=5c，a+c=0.6mol，則a=0.5mol，對應(yīng)的物質(zhì)的量濃度為0.5mol/0.1L=5mol、L，即，c(NaCl)≤5mol/L，錯誤.綜上選擇BC.

2 晶體模型在解題中的應(yīng)用

高中化學(xué)教學(xué)中，晶體知識是重要的知識內(nèi)容，晶體題型是常見的題目類型，在解題中，對學(xué)生邏輯思維和空間能力具有一定的要求，要求學(xué)生能夠根據(jù)題目意思和條件，構(gòu)建相應(yīng)的晶體模型，分析其晶體結(jié)構(gòu)，利用有價(jià)值的信息，結(jié)合晶體模型解答問題.

例2在晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)研究中，X射線是一種的重要的方式，[MxFey(CN)z]是一種藍(lán)色晶體，在其結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e2+和Fe3+在其頂點(diǎn)位置據(jù)，互不相鄰，棱上是CN-，其晶體中的陰離子晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，下列表述正確的是( ).

圖1

A.此晶體屬于原子晶體

B.M離子在立方體面心位置，呈現(xiàn)+2價(jià)

C.M離子在立方體體心位置，呈+1價(jià)

D.晶體的化學(xué)式MFe2(CN)2，且M是+1價(jià).

解析對于A選項(xiàng)中，此結(jié)構(gòu)有陰陽離子，所以晶體屬于離子晶體，A錯誤.根據(jù)給出的晶體結(jié)構(gòu)模型可以得出，F(xiàn)e2+和Fe3+在其頂點(diǎn)位置，其對應(yīng)的個數(shù)則是1/2，CN-在其棱上，則其對應(yīng)的個數(shù)是3，通過這樣的分析可以得出M、Fe、CN-的個數(shù)比是x∶2∶6，根據(jù)晶體化合價(jià)，陰離子所帶負(fù)電荷數(shù)為-6+3+2=-1，得出晶體的化學(xué)式是MFe2(CN)6，所以得出x=1，且M是+1價(jià)，因此B項(xiàng)錯誤.因?yàn)殍F離子和亞鐵例子的個數(shù)是1/2，就是說兩個晶胞有一個M+，因此C選項(xiàng)錯誤.通過這樣的分析可以得出D選項(xiàng)正確.

3 溶解平衡模型在解題中的應(yīng)用

高中化學(xué)教學(xué)中，溶解平衡是重要的知識點(diǎn)，也是學(xué)生解題中的難點(diǎn).在高中化學(xué)中，涉及到的溶液比較多，化學(xué)反應(yīng)也比較多，因此，針對溶解平衡問題，常常把握不好解題方式，不利于學(xué)生順利解題.在實(shí)際的解題教學(xué)中注重模型思想的引入，傳授學(xué)生解題技巧，提高學(xué)生解題效率.

例3在廢水中加入一些硫化物，可以獲得CuS、ZnS納米粒子，在常溫狀態(tài)下，H2S的Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15，當(dāng)溶液達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，圖2所示即離子濃度關(guān)系，下列表達(dá)中不正確的是( ).

圖2

A.Kap(CuS)的數(shù)量級為10-37

B.a點(diǎn)的CuS溶液屬于不飽和溶液

C.向p的溶液中加入少量NaS固體，溶液組成從p向q移動

解析根據(jù)溶解平衡模型進(jìn)行分析，c(Cu2+)=10-18mol/L時(shí)，c(S2-)=10-18.3，所以Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-36.3，其數(shù)量級是10-37，A正確.結(jié)合A項(xiàng)進(jìn)行分析，a點(diǎn)時(shí)的離子濃度是10-37，小于Ksp(CuS)，可以得出溶液為不飽和溶液，所以B正確.P點(diǎn)時(shí)的溶液中添加NaS固體，溶液c(s2-)增加，則c(Cu2+)減小，所以，C選項(xiàng)正確.結(jié)合題設(shè)中給出的條件，結(jié)合平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出平衡常數(shù)是30，其數(shù)值并不大，反應(yīng)并沒有趨于完全，因此，D選項(xiàng)錯誤.

4 化學(xué)平衡模型在解題中的應(yīng)用

在高中化學(xué)解題中應(yīng)用化學(xué)平衡模型時(shí)應(yīng)注重把握可逆反應(yīng)的規(guī)律，即反應(yīng)物不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物.同時(shí)注重運(yùn)用勒夏特列原理以及三行式分析相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，求解除相關(guān)參數(shù).

例4在體積可變的密閉容器中加入mmolX(g)和1 molY(g)發(fā)生反應(yīng)：

5min后測得Y的轉(zhuǎn)化率為50%，反應(yīng)后混合氣體的密度為反應(yīng)前混合氣體密度的2/3，則m∶n不可能為( ).

A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶5

解析由化學(xué)平衡模型可知平衡時(shí)X、Y、Z的物質(zhì)的量分別為(m-50%m)mol=0.5mmol，(1-1×50%)mol=0.5mol，1mol×50%×n=0.5nmol，由反應(yīng)后混合氣體的密度為反應(yīng)前混合氣體密度的2/3，可知(1+m)/0.5m+0.5+0.5n=2/3,解得n=2m+2，則當(dāng)m取1mol、2mol、3mol、4mol時(shí)，對應(yīng)n的值為4、6、8、10mol，則m∶n不可能為1∶2，選擇C項(xiàng).

5 核外電子排布模型在解題中的應(yīng)用

在高中化學(xué)教學(xué)中，核外電子分布是重要的知識內(nèi)容，也是學(xué)生認(rèn)識微觀世界的重要方式.因此，面對核外電子分布問題，教師需要引導(dǎo)學(xué)生利用模型思想，構(gòu)建具體形象的模型，利用模型將微觀事物展示出來，幫助學(xué)生更好地分析和解答問題.

例5根據(jù)相關(guān)的研究表明，核外電子的能量與電子所在的層數(shù)和能級有著直接關(guān)系，同時(shí)，核外電子數(shù)目和核外電荷數(shù)對其能量也有著很大的影響.氬原子和硫離子的核外電子分布相同，即1s22s22p63s23p6，下述表述中正確的是( ).

A.在1s能級上，兩個粒子有著同樣的電子能量

B.在3p能級，兩個粒子的電子到電子核的距離一樣

C.當(dāng)發(fā)生電子跳躍的情況時(shí)，兩個粒子產(chǎn)生不同的光譜

D.兩個粒子都屬于8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此有著相同的化學(xué)性質(zhì)

解析在此題解答時(shí)， 根據(jù)題目內(nèi)容構(gòu)建相應(yīng)的核外電子排布模型，結(jié)合模型進(jìn)行分析，雖然兩個粒子電子分布一樣，但是，其核外電荷數(shù)量不同，電子能量自然不同，A錯誤.在相同的3p能級上，氬原子核外電荷大，對電子吸引力大，距離原子核更近，B錯誤.電子的能量不同，其電子躍遷時(shí)，產(chǎn)生的光譜也不相同，C正確.硫離子得到電子之后，其是電子為8的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，失電子能力強(qiáng)，因此，兩者有著不同的還原性，D錯誤.

6 原電池模型在解題中的應(yīng)用

在原電池解題中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)涉及到的知識內(nèi)容，利用模型思想，構(gòu)建合適的化學(xué)模型，對問題進(jìn)行分析，明確解題思路，提高學(xué)生的解題能力.

例6如圖4所示，圖中展示的是一種新型可控電池-鋰水電池的工作原理圖，下述表達(dá)中不正確的是( ).

圖3

A.碳極發(fā)生的反應(yīng)是：

B.有機(jī)電解質(zhì)和水溶液相互之間不能互換

C.在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，產(chǎn)生22.4 L氫氣需要正極消耗14 g的鋰

D.此種裝置，提供電能的同時(shí)，獲得清潔氫氣

解析通過對圖形進(jìn)行分析，根據(jù)其原理圖，構(gòu)建相應(yīng)的原電池模型，碳極上有氫氣產(chǎn)出，為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，其電極方程式是

因此，A選項(xiàng)正確.鋰和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和氫氧化鋰，鋰和有機(jī)電解質(zhì)不發(fā)生反應(yīng).因此，兩者不同互換，B正確.根據(jù)鋰和水的化學(xué)反應(yīng)方程式，判斷鋰電極是負(fù)極，可以計(jì)算要獲得標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L氫氣，消耗鋰的質(zhì)量是14 g，C錯誤.通過對裝置做出分析，裝置能夠產(chǎn)生電能，還可以產(chǎn)生氫氣，D選項(xiàng)正確.