建模法在化學反應原理教學中的應用

李成剛

（江蘇省淮陰中學 江蘇 淮安 223002）

化學反應原理是化學課程中的難點，很抽象，學生難于理解和掌握，雖然在教學中有實驗演示、動畫模擬等多種教學手段幫助學生學習和感知，但是在具體的問題和練習中，僅靠想象和理解，難免不出差錯。如果我們在教學過程中巧妙地運用建模法幫助學生去建立典型模型，深化理解原理，復雜的問題就會簡單化。本文通過原電池原理的課堂教學舉例，來闡述建模法在化學反應原理中的具體應用方法。

一、建模法內涵及其意義

建模法就是利用化學模型解決實際問題的一種實踐。即通過抽象、簡化、假設等處理過程后，將某類實際問題用具體方式表達，建立起化學模型，然后運用類比的方法對具體問題進行處理，找出解題的方法和思路。其認識的過程如下：

1．建模法由具體事例出發，通過抽象、概括建立典型模型，從而深化理解化學原理，并用來解決實際問題，符合認知規律，即由學生的感性認識上升到理性認識，再由理性認識來指導實踐，并且在實踐中檢驗、糾正對原理的理解。

2．青少年學生的形象思維活躍，但抽象思維尚未成熟，所以對抽象的原理理解具有一定的難度。而建模教學法正是通過對抽象的原理建立具體的模型來幫助學生理解原理，達到化繁為簡、化難為易的效果。

3．在建模法應用過程中必須遵循由個體到一般、由典型到普遍，由易到難、由簡單到綜合的螺旋式上升的原則，使教學模型通過學生的討論、思考在腦海不斷清晰并逐漸內化，忌不顧客觀規律、盲目提高難度，結果適得其反。

二、建模法在原電池原理教學中的應用

1．呈現事例，引導學生理解原電池原理

在教材銅鋅原電池裝置中，由于鋅是活潑金屬，容易失去電子，發生氧化反應，作為原電池的負極。鋅棒失去的電子沿導線流到銅棒表面，然后溶液中的Cu2+在銅棒的表面上得到電子，發生還原反應，不活潑金屬銅作為原電池的正極。在溶液中，由于銅棒上聚集了電子，所以，溶液中陽離子移向銅棒（正極）；鋅棒附近產生了大量的Zn2+離子，吸引溶液中的陰離子，所以陰離子移向鋅極（負極）。陰陽離子的定向移動從而在溶液中形成了由鋅棒指向銅棒的電流。原電池中外電路的電流是由電子的定向移動傳導，內電路的電流是由自由離子的定向移動傳導，內電路的電流與外電路的電流方向相反，并因此形成一個閉合的回路。在應用中我們可以將實際問題與銅鋅原電池這個模型相對照，問題就會迎刃而解。

2．認識提升，引導學生建立原電池模型

（1）確定原電池電極

方法一：根據電極材料的性質確定，一般情況下：

①對于金屬——金屬電極，活潑金屬是負極，不活潑金屬是正極；

②對于金屬——非金屬電極，金屬是負極，非金屬是正極，如干電池等；

③對于金屬——化合物電極，一般金屬是負極，化合物是正極。

方法二：根據電極反應的本身確定

失電子的反應→氧化反應→負極；得電子的反應→還原反應→正極。

（2）確定電極反應及其產物

負極：還原性物質發生氧化反應，同時需要考慮溶液中的微粒參與電極反應，如：

①活潑金屬做負極反應物：M-ne-=Mn+［若在堿性條件下則為：M-ne-+nOH-=M（OH）n］

②氫氣做為負極反應物，若溶液為酸性或中性，則為H2-2e-=2H+，若溶液為堿性，則為H2-2e-+2OH-=2H2O

③甲烷燃料電池 （用熔融KOH做電解質）：CH4+10OH--8e-=+7H2O

……

正極：氧化性物質發生還原反應，同時要考慮電解質溶液的性質，如：

①非氧化性酸：2H++2e-=H2↑

②不活潑金屬鹽溶液：Mn++ne-=M

③中性、弱酸性條件下氧氣為正極反應物：2H2O+O2+4e-=4OH-

④酸性條件下氧氣為正極反應物：4H++O2+4e-=2H2O

……

經過對課本中具體事例的理解、概括和深化，我們可以建立原電池的典型模型如下：

3．舉例應用，引導學生運用類比的方法解決實際問題

例如：新型的質子交換膜二甲醚燃料電池有較高的安全性。 電池總反應為：CH3OCH3+3O2＝2CO2+3H2O，電池示意圖如下,下列說法不正確的是（ ）

A．a極為電池的負極

B．電池工作時電流由b極沿導線經燈泡再到a極

C．電池正極的電極反應為：4H++O2+4e-=2H2O

D．電池工作時，1mol二甲醚被氧化時就有6mol電子轉移

要解決上述問題，我們可以從模型中找到方法。因為二甲醚在反應過程中失去電子，發生氧化反應，所以通入二甲醚的電極為負極，在電極反應中碳元素由-2價被氧化為+4價，所以電極反應可表示為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；氧氣在反應過程中得到電子，發生還原反應，所以通入氧氣的電極為正極，其電極反應可表示為：3O2+12H++12e-=6H2O。反應過程中，質子向正極移動，電流由b極沿導線經燈泡再到a極。1mol二甲醚被氧化時就有12mol電子轉移。所以上題的答案應為D。

總之，建模法是化學反應原理教學中最為有效的方法之一，它是通過學生對已有學習經驗的歸納、總結，由感性認識上升到理性認識，建立具體模型，再用具體模型與實際問題相類比，達到解決問題的一種高效的教學方法。不光在原電池原理的課堂教學中建模法有著重要作用，在電解、化學反應速率和化學平衡、鹽類的水解、難溶電解質的溶解平衡等其他原理的課堂教學中同樣會起到重要作用。建模法能有效地提高化學課堂的教學效益，化解學生學習上的難點，有利于學生理解化學反應原理，提高學習的效率和成績。