基于建模思想解决陌生方程式的书写问题

唐朝军

摘 要：旨在提高学生的陌生方程式书写能力，契合三守恒原则，建立处理陌生方程式建模思想，有效解决这类问题，提高学生守恒观、变化观和证据推理等核心素养。

关键词：建模；陌生方程式；核心素养

2018年1月16日，教育部颁发了《普通高中课程方案和课程标准（2017版）》。高中课标指出化学学科核心素养包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新认识”“科学态度与社会责任”，陌生方程式的书写能力有力体现出高中生的“平衡观”“变化观”“证据推理”等核心素养。因此，在高考中的每年各省化学试卷中对陌生化学方程式书写的考查中都有较大分值。陌生方程式的书写，很多老师也是非常重视，但在实际的考试中收效不大，很多考生在考试中对于陌生方程式的书写仍是一筹莫展。原因是陌生方程式的考查是多面的，本身對学生的能力要求比较高，陌生情景下需要学生在较短的时间内内化信息，做出适当的判断和很强的守恒观念才能正确地解决这类问题。研究表明，学生在解决化学问题时往往使用频率最高的解题策略是模型匹配策略，即学生通过有限的思维过程后找到与当前问题相匹配的模型而进行的问题解决策略[1]。因此，对于陌生反应方程式的书写有必要建立一个良好的思维模型，借助化学建模来解决实际问题[2]。

采用建模思想，对化学问题中次要的非本质的信息舍去，使本质性的知识变得清晰，容易纳入学习者的已有知识框架中，因此学习者的学习是非常有效的。学生在陌生情景下的方程式如果能正确应用建模思想，往往事半功倍，快速建立学习成就感，就是处理复杂的氧化还原离子方程式也能立竿见影。

一、模型的建立

根据已有信息，写出反应物和产物，初步建立反应框架，再根据三守恒（注意有序），逐层判断和验证，保证得到的方程式是正确的（如下图）。如果不涉及氧化还原反应，直接跳过，如果涉及，先根据升降法得到变价物质的化学计量数，在此过程中，变价物质的形式也可以检验出形式是否正确，如果正确进行下一环节，根据所给信息，明确体系环境，补充离子形式，再次对原料和产物进行适当的调整；最后根据元素守恒得到最终的方程式。

二、模型的应用

通过这种模型的建立，学生对于难度较大的氧化还原反应和电极反应也能信心十足。下面通过几例高考试题作以例证。

【2017年全国新课标Ⅰ27（6）】写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。

初步原料和产物：FePO4+Li2CO3+H2C2O4——LiFePO4，铁由+3价转化为+2价，化合价降低推断，H2C2O4中碳化合价升高为+4价即CO2，得到FePO4——LiFePO4+CO2，根据得失电子守恒，可得：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4——2LiFePO4+2CO2。

由于不是离子方程式，电荷守恒跳过，直接元素守恒，补H2O和CO2，可得：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4=2LiFePO4+3CO2+H2O。

【2017年4月浙江选考】据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是 。

初步原料和产物：CO2——CH4。

由于为电极反应得失电子守恒调整为得失电子，碳元素的化合价由+4价转化为-4价，降低8价，即CO2得8e-，表达为CO2+8e-——CH4。

可视为得失电子守恒，进入电荷环节，左侧电荷量为-8，右侧为0，体系环境为碱性，所以用OH-调整电荷守恒，即右侧补8OH-，可得CO2+8e-=CH4+8OH-，最后，根据氢元素守恒，左侧补6H2O，最终得CO2+6H2O+8e-=CH4+8OH-。

三、反思

由于学生在进入高中之前，最先接触的是元素守恒，所以陌生方程式的处理时，往往是元素守恒优先，在方程式书写中屡屡受挫，采用建模思想能够使学生更深刻体会化学核心素养，建立更好的守恒观和变化观，树立化学信心。高中生所见的方程式种类多，离子方程式和非离子方程式、氧化还原方程式和非氧化还原方程式、电极方程式等。学生可根据相应方程式的特点对模型作相应的调整，省略相应的守恒环节，节省时间，对于比较简单的方程式，也可直接应用某一守恒来直接解决问题。总之，在高中阶段让学生建立建模思想，有利于提高解决问题的能力，也有利于学生能力的培养。

参考文献：

[1]袁野.高中生化学问题解决中建模能力的研究[D].扬州大学，2009.

[2]麦裕华.高中化学氧化还原反应方程式配平技能学习进阶的探讨[J].化学教育，2014（17）：20-23.

编辑 鲁翠红