高中化學(xué)建模解題方法及其應(yīng)用

黃 征

(廣西南寧市第二十四中學(xué),廣西 南寧 530001)

對于教師而言,引導(dǎo)學(xué)生靈活運用建模思想來解決化學(xué)問題,不僅可以使較為復(fù)雜的化學(xué)問題得到簡單化處理,同時也可以使學(xué)生的化學(xué)理論知識運用能力得到培養(yǎng).教師在進行化學(xué)解題建模時,應(yīng)該保證所構(gòu)建模型的直觀性,使學(xué)生能夠充分理解模型意圖,這樣學(xué)生才能在化學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中獲得更為豐富的主觀感受,同時也保證了化學(xué)課程的教學(xué)成效.

1 歸納構(gòu)建模型方法一:晶體模型在解題中的應(yīng)用

晶體知識點所占比例較大,與晶體知識有關(guān)的題目也是高考中的常見類型.對于晶體知識點而言,要求學(xué)生有較強的空間想象力及思維能力,從而掌握模型構(gòu)建要點,這樣,才能實現(xiàn)對晶體問題的有效解答.

例1根據(jù)圖1所示幾種晶體或晶胞示意圖回答下列問題:

圖1 晶體晶胞示意圖

(1)在上述晶體類型中,粒子之間以共價鍵結(jié)合形成的晶體是( ).

(2)在上述種晶體類型中,熔點由高到低的順序依次是( ).

(3)冰的熔點明顯高于干冰,不僅因為H2O是極性分子,而CO2是非極性分子,還與( )有關(guān).

想要完成上述化學(xué)題,需要先明確解題思維,學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識要有深入的了解.就本題目而言,(1)屬于基本的概念性習(xí)題,只要熟悉晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)概念,就可以解出正確答案,而(2)(3)則需要學(xué)生較為靈活地運用晶體知識.具體來說,離子晶體的熔點與離子半徑、離子所帶電荷數(shù)有密切關(guān)系,離子半徑越小,且離子所帶電荷數(shù)越多,則表明離子晶體的熔點越高[1].對于金剛石晶體而言,其屬于原子晶體,熔點最高,而對于干冰、冰而言,其都是分子晶體,熔點要明顯低于金剛石.而將冰與干冰相比,由于冰中存在氫鍵,因此冰的熔點要高于干冰,因此,在對上述5種晶體或晶胞的熔點進行對比時,其熔點由高到低為:金剛石晶體>Cu晶胞>MgO>冰>干冰.

答案:(1)金剛石晶體

(2)金剛石晶體>Cu晶胞>MgO>冰>干冰

(3)H2O分子之間能夠形成氫鍵

2 歸納構(gòu)建模型方法二:核外電子排布模型在解題中的應(yīng)用

核外電子分布知識點是當(dāng)前高中化學(xué)中的重要組成部分,教師在開展教學(xué)活動時,應(yīng)該根據(jù)當(dāng)前學(xué)生的認(rèn)知能力及學(xué)習(xí)習(xí)慣確定相應(yīng)教學(xué)方案,從而實現(xiàn)對學(xué)生的有效引導(dǎo),這也更加有利于加深學(xué)生對于微觀世界的印象.教師在進行核外電子分布問題教學(xué)時,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生可以靈活運用模型思想來解決化學(xué)問題,這也可以使學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中感受到趣味性.通過具象的模型構(gòu)建讓學(xué)生對化學(xué)知識點深入探究,進而確定最為適宜的解題方法[2].同時,教師利用化學(xué)模型將微觀事物展示出來,也可以讓學(xué)生在解答化學(xué)問題時,思路更為清晰,更容易把握知識要點.

例2研究表明,核外電子的能量與電子數(shù)所在的層數(shù)、能級有直接關(guān)系,因此,核外電子的數(shù)目、電荷數(shù)也會對能量產(chǎn)生明顯影響,氬原子與硫原子的核外電子排布式分別為1s22s22p63s23p6和1s22s22p63s23p4,下列相關(guān)表述正確的是( ).

A.在3p能級,兩個粒子的電子到電子核之間的距離相等

B.在1s能級,兩個粒子電子能量相同

C.兩個粒子的化學(xué)性質(zhì)相同

D.當(dāng)兩個粒子發(fā)生電子跳躍時,粒子會產(chǎn)生不同的光譜

在解答此類化學(xué)習(xí)題時,學(xué)生要掌握相應(yīng)規(guī)律,明確問題要點,這樣才能準(zhǔn)確快速解出題目.根據(jù)題目內(nèi)容畫出氬原子及硫原子的核外電子排布模型,結(jié)合模型情況來對兩個粒子進行對比.可以看出,雖然上述兩個粒子的核外電子排布相同,但電荷數(shù)量有所不同,因此二者的電子能量也自然不同[3].鑒于上述分析結(jié)果,可以確定B錯誤;而由于氬原子的核外電荷對電子的吸引力更大,其距離原子核更近,因此,可以判斷A錯誤;硫原子得到電子之后,其會形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),因此得電子能力強,由此可以判定兩種粒子的還原性不同,因此C錯誤;當(dāng)兩個粒子的電子能量不同,在發(fā)生電子躍遷時,所產(chǎn)生的光譜也有所區(qū)別,因此D正確.

答案:D.

3 歸納構(gòu)建模型方法三: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)模型教學(xué)中所涉及的重要模型之一,需要教師對其模型理念進行深入分析,進而幫助學(xué)生掌握相應(yīng)的解題技巧.在進行氧化還原反應(yīng)模型構(gòu)建時,應(yīng)該將重點放在如何準(zhǔn)確判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物及還原產(chǎn)物方面,同時還要注意對電子守恒定律進行應(yīng)用,從而使相關(guān)化學(xué)習(xí)題迎刃而解[4].教師在進行氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識點教學(xué)時,也應(yīng)該注意以學(xué)生現(xiàn)實情況為背景,找到教學(xué)切入點.教師要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建起氧化還原反應(yīng)的基本模型,從而達(dá)到幫助學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的效果[5].具體氧化還原反應(yīng)模型如圖2所示.

圖2 氧化還原反應(yīng)基本模型

例3將一定量的氯氣通入100 mL 6 mol/L的氫氧化鈉溶液中,恰好實現(xiàn)完全反應(yīng),產(chǎn)物為NaClO3、NaCl、NaClO,下列關(guān)于上述反應(yīng)的說法正確的是( ).

A.氫氧化鈉吸收的氯氣物質(zhì)的量為0.3 mol

B.在反應(yīng)過程中,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.8 mol

C.反應(yīng)過程中,三種產(chǎn)物的物質(zhì)的量遵守電子守恒定律,但鈉元素不遵守守恒定律

D.反應(yīng)完成后,溶液中的c(NaCl)≤0.5 mol/L

在本題中,想要實現(xiàn)對四個選項的說法是否正確進行準(zhǔn)確判斷,應(yīng)該通過構(gòu)建氧化還原反應(yīng)模型的方式來實現(xiàn)對產(chǎn)物物質(zhì)的量的有效確定,從而為解題提供先決條件.通過分析氧化還原反應(yīng)模型可知,在反應(yīng)過程中,各物質(zhì)遵循電子守恒,設(shè)定NaCl、NaClO、NaClO3物質(zhì)的量分別為a、b、c,單位為mol,根據(jù)鈉元素守恒,則有a+b+c=0.6 mol[6].因此,可判定C項說法不正確;發(fā)生反應(yīng)后,根據(jù)生成物情況可以得到,鈉原子與氯原子的個數(shù)比為1∶1,因此,可以通過計算得到氫氧化鈉吸收的氯氣物質(zhì)的量為0.6/2=0.3 mol,即A選項正確;NaCl屬于還原產(chǎn)物,如果其轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.8 mol,將其帶入之后,發(fā)現(xiàn)所得到的產(chǎn)物物質(zhì)的量關(guān)系式不能滿足氧化還原反應(yīng)模型,即沒有體現(xiàn)出b+5c=a,由此可以判斷B錯誤;當(dāng)反應(yīng)完成后,溶液中NaCl的濃度為5 mol/L,因此D選項的說法錯誤.

答案:A.

4 結(jié)束語

總而言之,建模解題思路已經(jīng)在當(dāng)前高中化學(xué)教學(xué)中有較為廣泛的應(yīng)用,實現(xiàn)了對學(xué)生解題能力的有效培養(yǎng),同時也與當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣較為符合.今后,教師應(yīng)該結(jié)合高中化學(xué)知識點對化學(xué)建模解題方式進行合理運用.目前,晶體模型、氧化還原模型、核外電子排布模型等都在化學(xué)解題中有一定影響,實現(xiàn)了對相應(yīng)題型的有效解答,同時也使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中視野更為開闊,掌握了更多解題方式.教師還應(yīng)該意識到,培養(yǎng)高中生解題模型構(gòu)建與應(yīng)用能力是一個長期過程,需要教師結(jié)合高中化學(xué)學(xué)科及學(xué)生實際情況確定入手點,使學(xué)生可以靈活借助解題模型來實現(xiàn)對化學(xué)問題的深入探究,這也可以使學(xué)生化學(xué)知識體系更為完善.教師在進行解題模型構(gòu)建及引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)時,應(yīng)該著手將復(fù)雜的化學(xué)問題簡單化,從而更加便于學(xué)生理解,這也可以激發(fā)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)自主性.