高中化学建模解题方法及其应用

黄 征

(广西南宁市第二十四中学,广西 南宁 530001)

对于教师而言,引导学生灵活运用建模思想来解决化学问题,不仅可以使较为复杂的化学问题得到简单化处理,同时也可以使学生的化学理论知识运用能力得到培养.教师在进行化学解题建模时,应该保证所构建模型的直观性,使学生能够充分理解模型意图,这样学生才能在化学课程学习过程中获得更为丰富的主观感受,同时也保证了化学课程的教学成效.

1 归纳构建模型方法一:晶体模型在解题中的应用

晶体知识点所占比例较大,与晶体知识有关的题目也是高考中的常见类型.对于晶体知识点而言,要求学生有较强的空间想象力及思维能力,从而掌握模型构建要点,这样,才能实现对晶体问题的有效解答.

例1根据图1所示几种晶体或晶胞示意图回答下列问题:

图1 晶体晶胞示意图

(1)在上述晶体类型中,粒子之间以共价键结合形成的晶体是( ).

(2)在上述种晶体类型中,熔点由高到低的顺序依次是( ).

(3)冰的熔点明显高于干冰,不仅因为H2O是极性分子,而CO2是非极性分子,还与( )有关.

想要完成上述化学题,需要先明确解题思维,学生对晶体结构相关知识要有深入的了解.就本题目而言,(1)属于基本的概念性习题,只要熟悉晶体结构相关概念,就可以解出正确答案,而(2)(3)则需要学生较为灵活地运用晶体知识.具体来说,离子晶体的熔点与离子半径、离子所带电荷数有密切关系,离子半径越小,且离子所带电荷数越多,则表明离子晶体的熔点越高[1].对于金刚石晶体而言,其属于原子晶体,熔点最高,而对于干冰、冰而言,其都是分子晶体,熔点要明显低于金刚石.而将冰与干冰相比,由于冰中存在氢键,因此冰的熔点要高于干冰,因此,在对上述5种晶体或晶胞的熔点进行对比时,其熔点由高到低为:金刚石晶体>Cu晶胞>MgO>冰>干冰.

答案:(1)金刚石晶体

(2)金刚石晶体>Cu晶胞>MgO>冰>干冰

(3)H2O分子之间能够形成氢键

2 归纳构建模型方法二:核外电子排布模型在解题中的应用

核外电子分布知识点是当前高中化学中的重要组成部分,教师在开展教学活动时,应该根据当前学生的认知能力及学习习惯确定相应教学方案,从而实现对学生的有效引导,这也更加有利于加深学生对于微观世界的印象.教师在进行核外电子分布问题教学时,应该引导学生可以灵活运用模型思想来解决化学问题,这也可以使学生在化学学习过程中感受到趣味性.通过具象的模型构建让学生对化学知识点深入探究,进而确定最为适宜的解题方法[2].同时,教师利用化学模型将微观事物展示出来,也可以让学生在解答化学问题时,思路更为清晰,更容易把握知识要点.

例2研究表明,核外电子的能量与电子数所在的层数、能级有直接关系,因此,核外电子的数目、电荷数也会对能量产生明显影响,氩原子与硫原子的核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p6和1s22s22p63s23p4,下列相关表述正确的是( ).

A.在3p能级,两个粒子的电子到电子核之间的距离相等

B.在1s能级,两个粒子电子能量相同

C.两个粒子的化学性质相同

D.当两个粒子发生电子跳跃时,粒子会产生不同的光谱

在解答此类化学习题时,学生要掌握相应规律,明确问题要点,这样才能准确快速解出题目.根据题目内容画出氩原子及硫原子的核外电子排布模型,结合模型情况来对两个粒子进行对比.可以看出,虽然上述两个粒子的核外电子排布相同,但电荷数量有所不同,因此二者的电子能量也自然不同[3].鉴于上述分析结果,可以确定B错误;而由于氩原子的核外电荷对电子的吸引力更大,其距离原子核更近,因此,可以判断A错误;硫原子得到电子之后,其会形成稳定结构,因此得电子能力强,由此可以判定两种粒子的还原性不同,因此C错误;当两个粒子的电子能量不同,在发生电子跃迁时,所产生的光谱也有所区别,因此D正确.

答案:D.

3 归纳构建模型方法三:氧化还原模型在解题中的应用

氧化还原反应模型,是高中化学模型教学中所涉及的重要模型之一,需要教师对其模型理念进行深入分析,进而帮助学生掌握相应的解题技巧.在进行氧化还原反应模型构建时,应该将重点放在如何准确判断氧化剂、还原剂、氧化产物及还原产物方面,同时还要注意对电子守恒定律进行应用,从而使相关化学习题迎刃而解[4].教师在进行氧化还原反应相关知识点教学时,也应该注意以学生现实情况为背景,找到教学切入点.教师要引导学生构建起氧化还原反应的基本模型,从而达到帮助学生理解氧化还原反应的效果[5].具体氧化还原反应模型如图2所示.

图2 氧化还原反应基本模型

例3将一定量的氯气通入100 mL 6 mol/L的氢氧化钠溶液中,恰好实现完全反应,产物为NaClO3、NaCl、NaClO,下列关于上述反应的说法正确的是( ).

A.氢氧化钠吸收的氯气物质的量为0.3 mol

B.在反应过程中,转移电子的物质的量为0.8 mol

C.反应过程中,三种产物的物质的量遵守电子守恒定律,但钠元素不遵守守恒定律

D.反应完成后,溶液中的c(NaCl)≤0.5 mol/L

在本题中,想要实现对四个选项的说法是否正确进行准确判断,应该通过构建氧化还原反应模型的方式来实现对产物物质的量的有效确定,从而为解题提供先决条件.通过分析氧化还原反应模型可知,在反应过程中,各物质遵循电子守恒,设定NaCl、NaClO、NaClO3物质的量分别为a、b、c,单位为mol,根据钠元素守恒,则有a+b+c=0.6 mol[6].因此,可判定C项说法不正确;发生反应后,根据生成物情况可以得到,钠原子与氯原子的个数比为1∶1,因此,可以通过计算得到氢氧化钠吸收的氯气物质的量为0.6/2=0.3 mol,即A选项正确;NaCl属于还原产物,如果其转移电子的物质的量为0.8 mol,将其带入之后,发现所得到的产物物质的量关系式不能满足氧化还原反应模型,即没有体现出b+5c=a,由此可以判断B错误;当反应完成后,溶液中NaCl的浓度为5 mol/L,因此D选项的说法错误.

答案:A.

4 结束语

总而言之,建模解题思路已经在当前高中化学教学中有较为广泛的应用,实现了对学生解题能力的有效培养,同时也与当前学生学习习惯较为符合.今后,教师应该结合高中化学知识点对化学建模解题方式进行合理运用.目前,晶体模型、氧化还原模型、核外电子排布模型等都在化学解题中有一定影响,实现了对相应题型的有效解答,同时也使学生在学习过程中视野更为开阔,掌握了更多解题方式.教师还应该意识到,培养高中生解题模型构建与应用能力是一个长期过程,需要教师结合高中化学学科及学生实际情况确定入手点,使学生可以灵活借助解题模型来实现对化学问题的深入探究,这也可以使学生化学知识体系更为完善.教师在进行解题模型构建及引导学生学习时,应该着手将复杂的化学问题简单化,从而更加便于学生理解,这也可以激发学生化学学习自主性.