数学思想在高中化学解题中的应用——以2022年广东化学高考卷为例

邹振强

(广东省惠州市东江高级中学,广东 惠州 516003)

数学思想在高中化学解题教学中的应用能够帮助学生灵活分析化学问题、多角度思考解题方法,从中总结出化学解题的规律与方法,提升学生的解题能力.高中化学教师要在解题教学中渗透数学思想的培养,打破学生的单科思维限制,促使其能够运用数学思想正确解出化学习题.

1 运用分类思想归类剖析化学真题

分类思想是指将对象按照一定的标准进行分类,然后对不同类型的对象进行性质及特点的分析.高中化学教师要认识到分类思想的重要性,引导学生在归类中有针对性地剖析不同对象,清晰化地呈现学生思考问题的角度.

例1中华文明源远流长,在世界文明中独树一帜,汉字居功至伟.随着时代发展,汉字被不断赋予新的文化内涵,其载体也发生相应变化.下列载体主要由合金材料制成的是( ).

在这道题解题中教师可以带领学生对四个选项的化学本质进行分类.其中选项A兽骨主要以兽类的骨头为主,而骨头的主要成分是碳酸钙,因此可以将其归类为钙质物;选项B青铜器是金属元素铜与其他金属元素如锡、铅等组成的金属混合物,因此可以将其归类为金属混合物;选项C纸张中70%以上的成分是纤维素,因此可将其归类为纤维产品;而选项D液晶显示屏是一种以液晶为材料的显示器,液晶的主要成分是水和其他溶剂,因此液晶属于不带有金属性质的化合物.运用分类思想,学生可以在解题过程中对四个选项进行化学性质的分类定义.而题目中的“合金材料”是指带有金属成分及具有金属特性的物质,可以得出只有选项B青铜器符合合金材料的定义,由此可以得出B青铜器为正确答案.

2 运用化归思想化难为简解答真题

化归思想是指将有难度的化学问题转化归结为另一个容易解决或者有固定解决方法的问题.将化归思想运用到高中化学的解题教学中能够促进学生思维的灵活转换,帮助学生避开认知中的短板,促使其能够以迂回的方式寻得问题的解决方法,将化学真题化难为简[1].

例2甲～戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图1所示.戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸.下列说法不正确的是( ).

图1 元素周期表位置图

A. 原子半径:丁>戊>乙

B. 非金属性:戊>丁>丙

C. 甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生

D. 丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应

在这道习题中学生通过审题只能通过图形明确甲、乙、丙、丁、戊五种元素在周期表中的位置关系,却不能具体了解这五种元素是哪些元素.教师可以带领学生运用化归思想将未知的元素转化为已知的元素,然后具体分析每个选项.这样学生就可以避开未知元素这一认知短板,变通对问题的认知角度.根据题目中“戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸”可以假设强酸为高氯酸,那么戊则为元素Cl,由此可以推论出甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S.假设强酸为硫酸,那么戊则为元素S,甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P.根据原子半径变化规律中可知五种原子半径中丙>丁>戊>乙且丙>甲.由此可知A选项正确.根据元素周期表中元素非金属性同周期从左向右逐渐增强,同主族从上到下逐渐减弱可知戊>丁>丙,故选项B正确;通过化归思想可知甲可能是N也可能是C,因此甲的氢化物可能是氨也可能是甲烷、乙烷,只有氨才会在遇到氯化氢时一定产生白烟,而甲烷、乙烷遇氯化氢时则不会有白烟产生,所以C选项错误;丙的最高价氧化物对应的水化物可能是硅酸也可能磷酸,无论是哪种都一定会与强碱反应,因此D选项也正确,所以这道题最终的答案为C.

3 运用数形结合思想转化真题信息

数形结合思想是将单纯的数量关系与空间图形结合在一起,借助空间图形的直观性展现相关的数量问题.将数形结合思想应用到高中化学的教学中,能够以空间图形的形式直观展示化学物质之间的数量变化关系,抑或从已知的空间图形中量化真题信息,挖掘出有用的数量关系[2].

例3恒容密闭容器中,反应

在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图2所示.下列说法正确的是( ).

图2 各组分物质的量变化图示

A.该反应的ΔH<0

B.a为n(H2O)随温度的变化曲线

C.向平衡体系中冲入惰性气体,平衡不移动

D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大

学生在解这道化学题的过程中就要运用数形结合思想.这道题目中大量的信息都隐藏在图表中.学生需要通过图形中的线条走向挖掘其中的数值及数量关系,这样才能具体判断每个选项的正误.通过观察图形可以发现随着温度的升高,氢气的量在逐渐减少,而平衡则正向移动,说明这个反应的正反应是吸热反应,也就是说ΔH>0,所以选项A错误;通过观察图形可知在恒容密闭容器中随着温度的升高氢气平衡式的物质的量减少,则平衡随着温度升高正向移动,水蒸气的量也在逐渐增加,a曲线表示的物质的量并没有因为温度的变化而产生变化,所以B的说法也是错误的;题干中已经给出容器为恒容密闭容器,因此向容器中充入惰性气体不会改变各种物质的浓度,平衡也不会移动,所以C选项正确;BaSO4是固体同样不能改变其浓度,平衡也不会移动,氢气的转化率不会改变,所以D选项同样错误.A和B选项是这道题目中的最大干扰项,运用数形结合思想教师带领学生转化了真题中的主要信息,排除了这两个最大干扰项后得出正确答案C.

4 运用符号化思想分析化学本质

符号化思想是指运用特定的符号表示量的变化及量与量之间的演变关系等.在高中化学解题教学中,应用符号化思想能够以微观的形态展示化学物质的本质变化,帮助学生从微观角度深度理解化学变化探究化学的内在平衡.高中化学教师要重视符号化思想在化学真题,特别是关于方程式中的解题应用.

例4 下列关于Na的化合物之间转化反应的离子方程式书写正确的是( ).

A.碱转化为酸式盐:

B.碱转化为两种盐:

C.过氧化物转化为碱:

D.盐转化为另一种盐: