坐標系在化學教學中的應用

摘要：將數學工具坐標系巧妙地遷移到化學教學中，利用坐標系幫助學生建立化學知識體系、整合已學知識和新授知識、構建相似問題的思維模型，把化學知識系統化，化學問題模型化，提高學生學習的遷移能力和解決問題的能力。

關鍵詞：坐標系；遷移能力；化學教學

文章編號： 1005–6629(2012)5–0066–03 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

教學要有法，教學更要有妙法。新形勢下，化學教師應不斷探索創新，尋找高效的教學方法，甚至還可以進行不同學科間方法的遷移運用，有時會有意想不到的奇妙效果，實現高效率的教學效果。筆者在教學實踐中巧妙地將數學工具坐標系應用于化學教學，在講授不同知識時遵循化學知識的規范性要求，適當調整坐標系的部分要素，利用坐標系幫助學生建立化學知識體系、整合已學知識和新授知識、構建相似問題的思維模型，把化學知識系統化，化學問題模型化，更好地促進和提升學生學習的遷移能力和解決問題的能力，使化學學習變得簡單容易些。

1 建立一維坐標系——數軸

數軸形象地反映了數和點之間的關系，借助于數與形的相互轉化解決了大量的數學問題，因而在數學領域有著廣泛的應用。化學上也可以借助數軸來理解記憶有關數和點的知識，并能解決有關根據反應物的量確定反應產物的問題。

1.1 借助數軸來記憶幾個關鍵點

例1 物質溶解性的分類

通常把在室溫（20 ℃）時，溶解度在10 g以上的，叫易溶物質；溶解度大于1 g的，叫可溶物質；溶解度小于1 g的，叫微溶物質；溶解度小于0.01 g的，叫難溶物質。如果單純機械地去記憶，具體的數值范圍和對應的溶解性很容易搞混淆，可以借助數軸這樣記憶：

從數軸上可以一目了然地看出以溶解度大小區分物質溶解性的3個數值，按照難溶——微溶——可溶——易溶，對號入座就可以了，一個數軸可以記住物質溶解性的所有分類。

例2 分散系及其分類

通常情況下，我們把分散質粒子的直徑大于10-7 m的分散系叫做濁液；分散質粒子的直徑在10-9~10-7 m之間的分散系叫做膠體；分散質粒子的直徑小于10-9 m的分散系叫做溶液[1]。其中關于膠體的考查，考試時經常涉及到，我們也可以借助數軸來幫助理解記憶膠體區別于其他分散系的實質，即分散質粒子的直徑大小：

1.2 借助數軸來分析化學反應中有關量的關系

對于某些化學反應，反應物的用量不同，生成物會有多種不同的情況。反之，知道了反應生成物的具體情況，如何來確定反應物的用量呢？借助于數軸就可以很形象地確定化學計量數與產物之間的關系，突破題目的最難點。

例3 向含a g HNO3的稀溶液中，加入b g鐵粉充分反應，鐵被全部溶解。已知有a/4 g HNO3被還原，則a:b不可能是（ ）

A. 2:1 B. 3:1 C. 4:1 D. 9:2

分析：鐵與稀硝酸反應情況如下：

①HNO3過量：Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

②Fe過量，則Fe與Fe(NO3)3要反應：

Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2

總反應為：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O以n(Fe)/n(HNO3)的比值確定兩個關鍵點，借助數軸來判斷反應產物：

通過分析得知，無論是按反應①還是按反應②進行，被還原的硝酸均為參加反應的硝酸的1/4，所以題目給出的條件“已知有a/4 g HNO3被還原”可以忽略了，而根據條件“鐵被全部溶解”，將質量換算為物質的量可以得出答案A。

筆者驚喜地發現，近幾年高考也出現了以數軸的形式來考查學生對反應物的量與產物之間關系的理解。如2008江蘇高考化學卷第13題：研究反應物的化學計量數與產物之間的關系時，使用類似數軸的方法可以收到直觀形象的效果。下列表達不正確的是（ ）

A.密閉容器中CuO和C高溫反應的氣體產物：

如果教師在平時的教學過程中，能注意引導學生用數軸來分析類似的問題，打造一種固有的思維模式，學生面對這樣的高考題也就駕輕就熟了。

2 建立二維坐標系——平面直角坐標系

平面直角坐標系是在數軸的基礎之上發展起來的，它與數軸最大的區別在于平面直角坐標系能將“質點的運動變化過程”描繪出來。在新教材中就出現了較多的在數學基礎上調整坐標系的部分要素，演變出來的化學直角坐標系，如《化學反應原理》在描述化學反應過程中的能量變化時，采用了這樣的坐標系[2]：

很直觀地闡述了某一反應是放熱反應還是吸熱反應的決定因素。

對于元素周期表，我們也可以看作是以周期為橫坐標，以族為縱坐標建立起來的直角坐標系，可以很快地熟悉元素周期表的結構，快速地確定元素在周期表中的位置，還能將元素的金屬性和非金屬性，元素的第一電離能和電負性等遞變性規律在這樣特殊的坐標系中反映出來。在教學過程中，教師可以在知識的整合和題目的講解時靈活地加以運用。

2.1 建立直角坐標系，突破原有思維，重新整合知識

筆者在《化學1》有關“硫和含硫化合物的相互轉化”的教學過程中，采用了一個特殊的直角坐標系，巧妙地解決了以上幾個困惑，如圖：

以硫的主要化合價“-2、0、+4、+6”為橫坐標，物質類別為縱坐標，將本單元中涉及到的含硫的主要物質羅列出來，其中方框中的物質是重點要掌握的，箭頭標明物質之間的轉化關系，突出本節課的重點知識，同時將前面所學的物質的分類和氧化還原反應的有關知識巧妙地整合起來。這也給了筆者許多啟示：新教材要突出“新”，關鍵是我們的思維要更新，要善于發現和創新。

2.2 建立直角坐標系，化難為簡

借助于直角坐標系解決某些化學題目，可以簡化反應過程，快速得出結果。

例4 含8.0 g NaOH的溶液中通入一定量的H2S后，將得到的溶液小心蒸干，稱得無水物7.9 g，則該無水物中一定含有的物質是（ ）

A. Na2S B. NaHS

C. Na2S和NaHS D. NaOH和NaHS分析：NaOH與H2S的反應情況如下：2NaOH+H2S（不足量）=Na2S+2H2O

8 7.8

NaOH+H2S（足量）=NaHS+H2O

8 11.2

借助直角坐標系可以很快得出答案，如圖：

通過直角坐標系可以看出，無水物質為7.9 g時有兩種情況，一種是NaOH和Na2S的組合，一種是Na2S和NaHS的組合，故一定含有的物質為Na2S，答案為A。

此外，在處理“鋁三角”及“鐵三角”等有關題目時，都可以借鑒這種方法，能快速而又準確得出結果。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.化學1 [M].南京：江蘇教育出版社，2008.

[2]王祖浩主編.化學反應原理[M].南京：江蘇教育出版社，2008.