“建模思想”在化學解題中的應用

摘 要：為師者要為人解惑、授人以漁。本人結合自己的教學實踐，就“建模思想”對化學解題的幫助談幾點粗淺的想法。

關鍵詞：建模思想；數學模型；化學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2011）08-046-01

建模又稱模型化，就是把研究對象（原型）的一些次要細節及非本質的內容舍去，從而以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系的一種科學思想，它是以概念、判斷、推理的形式并借以符號、線條、圖形的形式表達出來。我們可以用如下圖式表達科學建模過程：

研究的對象或原型或知識 抽象化解釋 模型 證明具體化理論或規律。

建模在化學解題中的應用可表現在如下幾個方面：建立適當的數學模型，減低解決化學問題的難度；形成解答問題思路模型，使解答過程模式化、格式化，提高解題過程準確性。

一、利用數學模型，降低解決化學問題的難度。

數學是思維的工具，很多化學問題需要用數學知識、數學方法（數學模型）來解決。在高中化學中，數學模型可有這幾個方面的應用：應用坐標圖像去解決化學問題；應用極值法、數軸法解答討論型化學計算題；商余數法、方程法、平均值法、十字交叉法、不等式討論法、數列法、數學歸納法求有機物通式；排列組合、待定系數法配平化學方程式；拼湊搭配法、換元思想等等。

例1 在 100 mL NaOH溶液中加入NH4NO3和(NH4)2SO4固體混合物，加熱充分反應。下圖表示加入的混合物質量和產生的氣體（標準狀況下測定）的關系。

試計算：NaOH溶液的物質的量濃度為 。

解析：此類“坐標圖象”解題的關鍵是“看圖”——看三點:一看面（即看清橫坐標和縱坐標），二看線（即看線的走向、變化趨勢及變化量），三看點（即線的特殊點——起點、終點、轉折點、特殊賦值點）。

根據圖像的轉折點（混合物質量34.4 g、氣體體積11.2 L）求得

二、形成解答問題的思路模型，使解答過程模式化、格式化，提高解題的準確性。

解答化學問題時，很多同學因為思路不清晰，導致解答問題時常無從下手。若平時多積累些科學的、規范的解題方法，掌握解答化學問題的常規思路，形成解題的模型，便能減少失誤，提高解題的準確度。如：化學平衡的計算用“三步走”模式；陌生氧化還原反應方程式書寫按“強氧化劑+強還原劑=弱氧化產物+弱還原產物”模式；化學實驗方案設計評價的四要點模式：一是科學性：指實驗原理、實驗操作程序、實驗方法等；二是安全性：造成大氣污染、人身傷害；

三是可行性：化學實驗藥品、儀器、設備及方法等在中學現有條件下可實現；四是簡約性：實驗步驟少、實驗藥品少、實驗時間短、實驗裝置簡單。

例2 X、Y、Z三種氣體，取X和Y按1∶1的物質的量之比混合，放入密閉容器中發生如下反應：X+2Y2Z，達到平衡后，測得混合氣體中反應物的總物質的量與生成物的總物質的量之比為3∶2，則Y的轉化率最接近于（）

A．33%

B．40%

C．50%

D．66%

解析：本題考查有關化學平衡的計算，可使用“三步走”（起始量、變化量、平衡量）模式。據題意，X和Y物質的量之比為1∶1，可假設均為

a mol，且設X的變化量為x mol，則可建立三步驟。

例3實驗室可用Cl2與金屬鐵反應制備無水三氯化鐵，該化合物呈棕紅色、易潮解，100℃左右時升華。下圖是兩個學生設計的實驗裝置，左邊的反應裝置相同，而右邊的產品收集裝置則不同，分別如(Ⅰ)和(Ⅱ)所示。試回答：

（1）裝置(Ⅰ)的主要缺點是 。

（2）裝置(Ⅱ)的主要缺點是 。如果選用此裝置來完成實驗，則必須采取的改進措施是 。

解析：（1）、（2）兩問是讓我們評價裝置的優缺點，那就要從化學實驗方案設計評價的四要素出發。

（1）裝置(Ⅰ)缺少安全性：Cl2有毒，污染環境→尾氣要吸收處理（如用NaOH溶液吸收） 。

（2）由于FeCl3易水解→ 裝置內必須無水（應再接個裝濃H2SO4的廣口瓶）

100℃時升華，易冷凝成為固體→堵塞導管，

所以裝置(Ⅱ)缺乏科學性。

總之，在化學解題訓練中，培養學生建模思想，使化學知識模式化、程序化，不僅有利于提高學生學習知識的效率，還可以拓寬學生的思維領域，從而提高學生的解題信心、解題能力、學習能力。

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