建模法在化学反应原理教学中的应用

李成刚

（江苏省淮阴中学 江苏 淮安 223002）

化学反应原理是化学课程中的难点，很抽象，学生难于理解和掌握，虽然在教学中有实验演示、动画模拟等多种教学手段帮助学生学习和感知，但是在具体的问题和练习中，仅靠想象和理解，难免不出差错。如果我们在教学过程中巧妙地运用建模法帮助学生去建立典型模型，深化理解原理，复杂的问题就会简单化。本文通过原电池原理的课堂教学举例，来阐述建模法在化学反应原理中的具体应用方法。

一、建模法内涵及其意义

建模法就是利用化学模型解决实际问题的一种实践。即通过抽象、简化、假设等处理过程后，将某类实际问题用具体方式表达，建立起化学模型，然后运用类比的方法对具体问题进行处理，找出解题的方法和思路。其认识的过程如下：

1．建模法由具体事例出发，通过抽象、概括建立典型模型，从而深化理解化学原理，并用来解决实际问题，符合认知规律，即由学生的感性认识上升到理性认识，再由理性认识来指导实践，并且在实践中检验、纠正对原理的理解。

2．青少年学生的形象思维活跃，但抽象思维尚未成熟，所以对抽象的原理理解具有一定的难度。而建模教学法正是通过对抽象的原理建立具体的模型来帮助学生理解原理，达到化繁为简、化难为易的效果。

3．在建模法应用过程中必须遵循由个体到一般、由典型到普遍，由易到难、由简单到综合的螺旋式上升的原则，使教学模型通过学生的讨论、思考在脑海不断清晰并逐渐内化，忌不顾客观规律、盲目提高难度，结果适得其反。

二、建模法在原电池原理教学中的应用

1．呈现事例，引导学生理解原电池原理

在教材铜锌原电池装置中，由于锌是活泼金属，容易失去电子，发生氧化反应，作为原电池的负极。锌棒失去的电子沿导线流到铜棒表面，然后溶液中的Cu2+在铜棒的表面上得到电子，发生还原反应，不活泼金属铜作为原电池的正极。在溶液中，由于铜棒上聚集了电子，所以，溶液中阳离子移向铜棒（正极）；锌棒附近产生了大量的Zn2+离子，吸引溶液中的阴离子，所以阴离子移向锌极（负极）。阴阳离子的定向移动从而在溶液中形成了由锌棒指向铜棒的电流。原电池中外电路的电流是由电子的定向移动传导，内电路的电流是由自由离子的定向移动传导，内电路的电流与外电路的电流方向相反，并因此形成一个闭合的回路。在应用中我们可以将实际问题与铜锌原电池这个模型相对照，问题就会迎刃而解。

2．认识提升，引导学生建立原电池模型

（1）确定原电池电极

方法一：根据电极材料的性质确定，一般情况下：

①对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；

②对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；

③对于金属——化合物电极，一般金属是负极，化合物是正极。

方法二：根据电极反应的本身确定

失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。

（2）确定电极反应及其产物

负极：还原性物质发生氧化反应，同时需要考虑溶液中的微粒参与电极反应，如：

①活泼金属做负极反应物：M-ne-=Mn+［若在碱性条件下则为：M-ne-+nOH-=M（OH）n］

②氢气做为负极反应物，若溶液为酸性或中性，则为H2-2e-=2H+，若溶液为碱性，则为H2-2e-+2OH-=2H2O

③甲烷燃料电池 （用熔融KOH做电解质）：CH4+10OH--8e-=+7H2O

……

正极：氧化性物质发生还原反应，同时要考虑电解质溶液的性质，如：

①非氧化性酸：2H++2e-=H2↑

②不活泼金属盐溶液：Mn++ne-=M

③中性、弱酸性条件下氧气为正极反应物：2H2O+O2+4e-=4OH-

④酸性条件下氧气为正极反应物：4H++O2+4e-=2H2O

……

经过对课本中具体事例的理解、概括和深化，我们可以建立原电池的典型模型如下：

3．举例应用，引导学生运用类比的方法解决实际问题

例如：新型的质子交换膜二甲醚燃料电池有较高的安全性。 电池总反应为：CH3OCH3+3O2＝2CO2+3H2O，电池示意图如下,下列说法不正确的是（ ）

A．a极为电池的负极

B．电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极

C．电池正极的电极反应为：4H++O2+4e-=2H2O

D．电池工作时，1mol二甲醚被氧化时就有6mol电子转移

要解决上述问题，我们可以从模型中找到方法。因为二甲醚在反应过程中失去电子，发生氧化反应，所以通入二甲醚的电极为负极，在电极反应中碳元素由-2价被氧化为+4价，所以电极反应可表示为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；氧气在反应过程中得到电子，发生还原反应，所以通入氧气的电极为正极，其电极反应可表示为：3O2+12H++12e-=6H2O。反应过程中，质子向正极移动，电流由b极沿导线经灯泡再到a极。1mol二甲醚被氧化时就有12mol电子转移。所以上题的答案应为D。

总之，建模法是化学反应原理教学中最为有效的方法之一，它是通过学生对已有学习经验的归纳、总结，由感性认识上升到理性认识，建立具体模型，再用具体模型与实际问题相类比，达到解决问题的一种高效的教学方法。不光在原电池原理的课堂教学中建模法有着重要作用，在电解、化学反应速率和化学平衡、盐类的水解、难溶电解质的溶解平衡等其他原理的课堂教学中同样会起到重要作用。建模法能有效地提高化学课堂的教学效益，化解学生学习上的难点，有利于学生理解化学反应原理，提高学习的效率和成绩。