注重思維過程 講究表達(dá)效果

摘 要：近年來，高考化學(xué)試題中，氧化還原滴定是高頻考點(diǎn)，它以新材料、新物質(zhì)為載體，對(duì)學(xué)生解題能力進(jìn)行考查是一門綜合性的量化實(shí)驗(yàn).本文基于氧化還原滴定的原理與計(jì)算，結(jié)合歷年高考真題，利用模型法對(duì)氧化還原滴定的計(jì)算進(jìn)行研究，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)教育工作者提供參考與幫助.

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；氧化還原滴定；模型法解題

中圖分類號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2025）04-0122-03

氧化還原滴定試題是基于“酸堿中和滴定”的實(shí)驗(yàn)原則與操作，考查學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的獲取以及對(duì)化學(xué)問題的分析與解決.氧化還原滴定難度較高，在高考中多以計(jì)算問題出現(xiàn)，利用模型法解題可以提高準(zhǔn)確性，因此研究該解題方法對(duì)于提高學(xué)生成績(jī)具有積極意義.

1 審題確定采用模型

建模是一種思維模式，是建立對(duì)問題的認(rèn)知并進(jìn)行高效求解的思維模式，可以將化學(xué)概念或規(guī)則、化學(xué)反應(yīng)類型與假設(shè)體系作為模型，因此在高中化學(xué)解題中得到了廣泛運(yùn)用[1].模型法注重思維過程，在解題過程中，學(xué)生首先需要識(shí)別題目中的關(guān)鍵信息，明確問題的類型和求解目標(biāo)，選擇合適的解題模型，如電子守恒模型、電荷平衡模型、化學(xué)平衡模型等.然后將化學(xué)概念、原理與實(shí)際問題相結(jié)合，通過構(gòu)建解題模型，系統(tǒng)地分析和解決問題，進(jìn)而把題目中的條件轉(zhuǎn)化為模型參數(shù).最后通過數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯推理，逐步推導(dǎo)出問題答案.

對(duì)于氧化還原滴定計(jì)算，有很多學(xué)生對(duì)于氧化還原反應(yīng)的理解不夠到位，因此建立的模型還處于化合價(jià)階段.對(duì)此，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)審題，重新整理模型要素，從化合價(jià)模型向電子轉(zhuǎn)移模型轉(zhuǎn)變，從而引入滴定計(jì)算中的電子轉(zhuǎn)移問題.氧化還原反應(yīng)模型通常包括概念模型、方程式模型等形式，為了建立一個(gè)將理論應(yīng)用于實(shí)踐的模型，必須仔細(xì)審題，理清題目中包含的知識(shí)點(diǎn)，并以電子轉(zhuǎn)移模型為主要，分析并采用其他次要模型，便于后續(xù)分析與計(jì)算[2].

例題 MnSO4·H2O樣品共計(jì)取0.171 g，將樣品置于錐形瓶中，然后加入H2PO4和NH4NO3溶液，經(jīng)過加熱處理，溶液中的Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+，使用濃度為0.05 mol·L-1的Fe2+標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，使Mn3+還原為Mn2+，當(dāng)?shù)味ǖ浇K點(diǎn)時(shí)共消耗的Fe2+標(biāo)準(zhǔn)溶液量為20 mL，請(qǐng)計(jì)算樣品溶液中

需要根據(jù)還原劑的量推理計(jì)算得出氧化劑的量，因此解題應(yīng)將得失電子守恒作為確定數(shù)量關(guān)系的中心，并根據(jù)電荷守恒以及元素守恒完成計(jì)算.首先根據(jù)得失電子守恒建立方程式模型，

n（Mn3+）=n（Fe2+）=20×10-3×0.05 mol=1.00×10-3 mol

然后再根據(jù)元素守恒，建立方程式模型，本體中Mn元素守恒，因此可得：

m（MnSO4·H2O）=1.00×10-3×169 g=0.169 g

經(jīng)過計(jì)算得出樣品溶液中MnSO4·H2O純度為：0.169÷0.171 0×100%=98.8%.

2 分析理解模型要素

在解決氧化還原滴定計(jì)算題目時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從傳統(tǒng)的得失氧視角過渡到電子轉(zhuǎn)移，通過分析題目?jī)?nèi)容并強(qiáng)調(diào)電子轉(zhuǎn)移的重要性，為學(xué)生提供了一個(gè)更為本質(zhì)和統(tǒng)一的視角去審視氧化還原滴定反應(yīng)，學(xué)生能夠更深刻地理解這類題目的解決方法.在分析題目信息時(shí)，應(yīng)聚焦于“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的整合，宏觀層面關(guān)注反應(yīng)的可觀察現(xiàn)象，如顏色變化、氣體生成或沉淀析出；微觀層面則深入電子的轉(zhuǎn)移過程，解釋氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)變化背后的電子得失或偏移；符號(hào)層面則通過化學(xué)方程式和離子方程式等符號(hào)語(yǔ)言，準(zhǔn)確表達(dá)反應(yīng)過程，以此從題目信息中提煉并理解模型要素.分析是解題過程中的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生要從化學(xué)基本概念入手，把這些概念和圖像中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，構(gòu)建一個(gè)解決問題的模型，在層層剖析的基礎(chǔ)上，把化學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來，形成一套系統(tǒng)化解題思路[3].例如在江蘇省2019年理綜高考中，第18題如下.

例題 FeSO4·7H2O制備聚合硫酸鐵，為了測(cè)定樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，首先稱取樣品溶液3g，并置于錐形瓶中，在瓶中加入稀鹽酸并經(jīng)過加熱處理，向錐形瓶中滴加稍微過量的SnCl2溶液，利用Sn2+將溶液中的Fe3+還原成Fe2+，經(jīng)過充分的氧化還原反應(yīng)之后，除去溶液中過量的Sn2+.使用0.05 mol·L-1K2Cr2O7溶液滴定到終點(diǎn)，在滴定過程中，Cr2O2-7與Fe2+產(chǎn)生反應(yīng)，經(jīng)過反應(yīng)生成了Cr3+和Fe3+，滴定一共消耗了22 mL的K2Cr2O7溶液.在實(shí)驗(yàn)中如果沒有除去溶液中過量的Sn2+，那么在測(cè)量鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，結(jié)果會(huì)，并計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

解析 利用建模法計(jì)算氧化還原滴定中某物質(zhì)的量，首先需要明確滴定反應(yīng)的化學(xué)方程式，基于氧化劑與還原劑之間的電子轉(zhuǎn)移關(guān)系，以及物料守恒建立數(shù)學(xué)模型.在此模型中，氧化還原反應(yīng)過程如圖2所示，可以引入滴定量作為變量，通過求解方程來得到被滴定物質(zhì)的濃度或量.

根據(jù)題目信息計(jì)算可以得出：

n（Cr2O2-7）=0.05 mol·L×22 mL×10-3L·mL-1=1.1×10-3 mol

提取題目中提到的兩種氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子得失守恒可以列出方程式模型：

Cr2O2-7+14H++6Fe2+6Fe3++2Cr3++7H2O

那么可以得出：

n（Fe2+）=6n（Cr2O2-7）=6×1.1×10-3 mol=6.6×10-3 mol

經(jīng)過計(jì)算得出樣品中的Fe的質(zhì)量為：

m（Fe）=6.6×10-3 mol×56 g· mol-1

=0.369 6 g

因此樣品中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（Fe）=0.369 6 g/g×100%=12.32%.

3 實(shí)踐提高建模能力

高中化學(xué)模型法在氧化還原滴定計(jì)算中的應(yīng)用極為重要，將復(fù)雜的化學(xué)過程具象化、系統(tǒng)化，幫助學(xué)生更準(zhǔn)確地理解和解決相關(guān)問題.在氧化還原滴定計(jì)算中，模型法首先體現(xiàn)在對(duì)反應(yīng)原理的清晰建模上.

例如，在測(cè)定高錳酸鉀純度的實(shí)驗(yàn)中，可以構(gòu)建高錳酸鉀與草酸反應(yīng)的離子方程式模型（2MnO-4+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2+8H2O），通過此模型，學(xué)生能夠明確反應(yīng)物與生成物之間的關(guān)系，為后續(xù)的滴定計(jì)算和純度測(cè)定做好基礎(chǔ).通過構(gòu)建滴定過程的模型，學(xué)生可以直觀地理解滴定劑與被測(cè)物質(zhì)之間的反應(yīng)過程，包括反應(yīng)速率、反應(yīng)終點(diǎn)等關(guān)鍵信息，在滴定計(jì)算中，這些信息對(duì)于確定滴定終點(diǎn)和計(jì)算反應(yīng)物的濃度至關(guān)重要[4].在氧化還原滴定計(jì)算中，學(xué)生需要處理大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算步驟，通過構(gòu)建計(jì)算模型，學(xué)生可以將這些步驟有序地組織起來，避免遺漏和錯(cuò)誤.同時(shí)，模型法還提供了便捷的計(jì)算工具和方法，如利用電子得失守恒原理進(jìn)行計(jì)算，大大提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率.

例題 為制備磷酸鐵，向廢鐵屑與稀硫酸反應(yīng)后的濾液中加入一定量H2O2氧化Fe2+，為確定加入H2O2的量，需先用K2Cr2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定濾液中的Fe2+，離子方程式為Cr2O-+6Fe++14H+2Cr++6Fe3++7H2O，那么在滴定x mL濾液，消耗了a mol·L-1 K2Cr2O2標(biāo)準(zhǔn)溶液b mL，則濾液中c（Fe2+）的濃度為（" ） mol·L-1.

解析 在本題中，氧化還原反應(yīng)過程如圖3所示.利用電子得失守恒原理計(jì)算氧化還原反應(yīng)，即氧化劑獲得電子后被還原，還原劑失去電子而被氧化，通過計(jì)算反應(yīng)過程中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量，建立反應(yīng)物與產(chǎn)物間的定量關(guān)系，從而確定待測(cè)物質(zhì)的濃度或純度.對(duì)于已經(jīng)給定反應(yīng)方程式的氧化還原滴定，先列出已知量與未知量的關(guān)系式，然后計(jì)算求解，這種方法

能夠準(zhǔn)確、高效地求解氧化還原滴定中問題.

可以根據(jù)題目中給的信息建立方程模型：

Cr2O2-7～6Fe2+，n（Fe2+）=6n（Cr2O2-7）=6ab×10-3 mol

因此經(jīng)過計(jì)算可得

c（Fe2+）=6ab/x（ mol·L-1）.

4 結(jié)束語(yǔ)

高中化學(xué)中的氧化還原反應(yīng)所涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，而且非常復(fù)雜，在解題時(shí)需要梳理思維脈絡(luò)，充分了解題目中的信息.教師應(yīng)注重思維過程，在化學(xué)學(xué)習(xí)中建立解題和思維方式，對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展有著積極的影響.應(yīng)用模型法計(jì)算氧化還原滴定問題時(shí)，首先應(yīng)在審題時(shí)明確涉及的模型類型，然后經(jīng)過分析，根據(jù)得失電子守恒建立方程式模型，最終通過計(jì)算得出答案解決問題.

參考文獻(xiàn)：

［1］劉永志.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐路徑：以“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例[J].福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，22（5）：61-63.

[2] 朱宏，李莉，吳竹君.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐路徑：以“氧化還原反應(yīng)”課程教學(xué)為例[J].甘肅教育研究，2023（5）：123-126.

[3] 楊玉芬.基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)概念教學(xué)實(shí)踐：以“氧化還原反應(yīng)及其應(yīng)用”為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2023（11）：20-25.

[4] 楊立根，付勇.不同認(rèn)知水平的化學(xué)模型及其教學(xué)策略：以氧化還原反應(yīng)的教材分析為例[J].中學(xué)化學(xué)，2021（2）：1-3.