高中化學(xué)教學(xué)中建模思想的應(yīng)用

摘 要：“化學(xué)反應(yīng)原理”是高中化學(xué)的重要構(gòu)成部分.教學(xué)實踐中結(jié)合該部分內(nèi)容特點，應(yīng)用建模思想展開教學(xué)，將相關(guān)知識統(tǒng)一到模型之中，使學(xué)生對所學(xué)知識的理解提升到一個新的高度.

關(guān)鍵詞：建模思想；應(yīng)用；化學(xué)反應(yīng)原理；高中化學(xué)

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）18-0098-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡介：楊美華（1982.12-），女，江蘇省張家港人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

1 原電池與電解池教學(xué)的實施

1.1 原電池

環(huán)節(jié)一：回顧所學(xué)，激發(fā)興趣.

學(xué)生已學(xué)習(xí)過原電池相關(guān)知識.為驅(qū)使其更加深度地理解與掌握原電池的工作原理，為原電池模型構(gòu)建奠定基礎(chǔ).課堂上運用多媒體屏幕展示以下問題：銅鋅原電池有哪幾部分構(gòu)成、寫出電極反應(yīng)式和電極總反應(yīng)式.

學(xué)生通過回顧所學(xué)，得出銅鋅電池裝置主要有：鋅片、銅片、硫酸溶液、導(dǎo)線構(gòu)成.正負極對應(yīng)的電極反應(yīng)分別為：

總電極反應(yīng)為

引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)，給學(xué)生帶來似曾相識的感覺，激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)習(xí)自信心.

環(huán)節(jié)二：借助實驗深化理解.

實驗1：將適量鋅粉加入到盛放有30 mL 1 mol/L CuSO₄溶液的燒杯中，使用溫度計測量溶液溫度，觀察溫度變化；實驗2：向甲、乙兩只燒杯中分別加入30 mL 1 mol/L ZnSO₄溶液和30 mL 1 mol/L CuSO₄溶液，使用導(dǎo)線將電流計、鋅片、銅片連接在一起，分別插入到甲、乙兩個燒杯中，并將鹽橋兩端分別插入兩只燒杯的電解溶液中，觀察現(xiàn)象，取出鹽橋再觀察現(xiàn)象.

課堂上進行上述兩個實驗的展示，給學(xué)生帶來原電池的直觀認識，增加課堂教學(xué)趣味性，促進學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)逐漸向構(gòu)建原電池模型靠攏^[1].

環(huán)節(jié)三：借助互動構(gòu)建模型.

基于對上述實驗現(xiàn)象的觀察，課堂上圍繞以下問題與學(xué)生積極互動，幫助其建立原電池模型.

（1）兩個實驗分別有什么現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)有關(guān)現(xiàn)象？（2）聯(lián)系已學(xué)的原電池知識分析實驗2中電極名稱，寫出對應(yīng)電極的電極反應(yīng)以及對應(yīng)的反應(yīng)類型.（3）實驗2中的鹽橋有什么作用？

環(huán)節(jié)四：設(shè)計問題，夯實模型.

為夯實學(xué)生所學(xué)，提高其運用原電池模型解題的靈活性，課堂上創(chuàng)設(shè)以下問題，要求學(xué)生思考、作答：如圖2為從含碘的物質(zhì)中提取碘的兩個裝置，則以下說法正確的是（）.

1.2 電解池

首先，組織學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)活動，要求學(xué)生學(xué)習(xí)課本中電解熔融態(tài)氯化鈉相關(guān)知識，分析電子移動方向，寫出對應(yīng)的電極反應(yīng)方程式.同時，為鞏固學(xué)生所學(xué)，課堂上提問如下問題：（1）什么是電解，什么是電解池？（2）電解池中能量轉(zhuǎn)化是怎樣的？（3）電解池中與電池正、負極相連的電極名稱分別是什么？發(fā)生什么樣的反應(yīng)類型？認真傾聽學(xué)生回答，并給予指引，糾正學(xué)生的錯誤認識，進一步澄清其對電解池的認識，并指引學(xué)生構(gòu)建如圖3所示的電解池模型.

其次，為進一步深化學(xué)生對電解池模型理解，掌握離子的放電規(guī)則.課堂上為學(xué)生播放“電解氯化銅溶液”教學(xué)視頻，使學(xué)生思考，在陰極為什么在Cu²⁺、H⁺都存在的情況下Cu²⁺先放電，在陽極OH^-、Cl^-都存在的情況下Cl^-先放電？顯然同一電極存在多種可以放電的離子時放電順序按照能力由強到弱依次進行.同時，給予學(xué)生指引，使其總結(jié)電解池電極反應(yīng)順序，補充、完善上述電解池模型.

最后，為鞏固學(xué)生所學(xué)，提高運用電解池模型解題的意識與能力，設(shè)計相關(guān)問題開展針對性的應(yīng)用訓(xùn)練活動.答案選擇A項.

2 化學(xué)平衡移動教學(xué)的實施

2.1 濃度變化引起的平衡移動

課堂教學(xué)時基于2CrO^2-₄（黃色）+2H⁺Cr₂O^2-₇（橙色）+H₂O這一可逆反應(yīng)，做如下兩個實驗：實驗1，向試管先加入4 mL 0.1 mol/L的K₂CrO₄溶液，在向其中滴加數(shù)滴1 mol/L的HNO₃溶液.觀察溶液顏色變化；實驗2，將實驗1中的溶液分成兩份，向其中一份中加入1 mol/L的NaOH溶液，和另一份溶液做對比，觀察溶液顏色變化.

提出以下問題要求學(xué)生思考：實驗1中滴加HNO₃溶液中時溶液中H⁺濃度怎樣變化？溶液顏色發(fā)生怎樣的變化？反應(yīng)怎樣移動？實驗2中加入NaOH溶液后溶液中H⁺濃度怎樣變化？反應(yīng)怎樣移動？從上述兩個實驗中得出什么結(jié)論？

從實驗現(xiàn)象來看，實驗1溶液橙色加深，實驗2黃色加深.表明加入對應(yīng)溶液后平衡分別向正向與逆向移動.引起實驗中現(xiàn)象的原因在于溶液中H⁺濃度的增加，以及H⁺和OH^-反應(yīng)后H⁺濃度減小.在此基礎(chǔ)上要求學(xué)生閱讀課本內(nèi)容，結(jié)合濃度商和平衡常關(guān)系構(gòu)建對應(yīng)模型.最終構(gòu)建表1所列的模型.

2.2 壓強變化引起的平衡移動

為使學(xué)生更好地理解壓強變化給化學(xué)平衡帶來的影響，建立對應(yīng)的平衡移動模型.教學(xué)實踐中，一方面，使用多媒體屏幕展示以下三個可逆反應(yīng)：

要求學(xué)生聯(lián)系物質(zhì)濃度與壓強之間的關(guān)系，探究增大和減小壓強，給化學(xué)平衡帶來的影響^[2].另一方面，播放課本中“利用色度傳感器探究壓強對化學(xué)平衡的影響”教學(xué)視頻，要求學(xué)生分析教學(xué)視頻中相關(guān)現(xiàn)象發(fā)生的內(nèi)在原因.

對同一有氣體參與的反應(yīng)而言，增大壓強等效于減小體積，而減小體積對應(yīng)物質(zhì)濃度的增大.但是化學(xué)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目不同，對相關(guān)物質(zhì)濃度改變的大小是不同的，因此，分析化學(xué)平衡需將化學(xué)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目的變化考慮在內(nèi).氣體分子數(shù)目增大的反應(yīng)，增大壓強平衡逆向移動；氣體分子數(shù)目不變的反應(yīng)增大壓強平衡不移動；氣體分子數(shù)目減小的反應(yīng)，增大壓強平衡正向移動.教學(xué)視頻中的現(xiàn)象，很好地印證了上述結(jié)論.

在學(xué)生搞清楚上述內(nèi)容后，在課堂上與學(xué)生一起構(gòu)建表2所列壓強變化平衡移動模型.

2.3 溫度變化引起的平衡移動

完成上述兩個模型構(gòu)建后，學(xué)生已積累相關(guān)平衡移動模型構(gòu)建經(jīng)驗.教學(xué)活動中基于以下可逆反應(yīng)：[Co（H₂O）₆]²⁺（粉紅色）+4Cl^-[CoCl₄]²⁺（藍色）+6H₂O，ΔH＞0.做如下實驗：向一支試管中加入少量氯化鈷晶體，而后逐滴加入濃鹽酸溶解完全后，滴水至溶液呈紫色.而后將溶液分裝到A、B、C三支試管中，將其分別置于熱水、冰水和常溫條件下，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)論.預(yù)留空白時間，要求學(xué)生基于對實驗的認識與理解構(gòu)建對應(yīng)模型.同時，提問學(xué)生代表，了解其模型構(gòu)建情況，并根據(jù)其構(gòu)建模型情況給予指引與表揚，提升其學(xué)習(xí)體驗，促使其進一步完善模型，最終構(gòu)建出表3所列正確模型.

參考文獻：

[1]岳沭寧.關(guān)于高中“化學(xué)反應(yīng)原理”建模教學(xué)的實踐[J].數(shù)理化解題研究，2022（15）：122-124.

[2] 袁瓊玲.高中化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中問題推進教學(xué)的實踐探析[J].高考，2021（29）：61-62.

[責(zé)任編輯：季春陽]