數軸法在化學教學中的應用

〔關鍵詞〕 化學教學；數軸法；應用

〔中圖分類號〕 G633.8 〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2013）11—0084—01

數軸作為數學工具，不僅用于解決數學問題，而且在中學化學教學中也有較為廣泛的應用。

在比較物質氧化性（或還原性）強弱時，考慮到最高價態的元素只具有氧化性，最低價態的元素只具有還原性，具有中間價態的元素及其化合物在一定條件下，既可能表現氧化性，也可能表現還原性，所以發生氧化還原反應時，以元素相鄰價態間的轉化最容易。同種元素的相鄰價態之間不能發生氧化還原反應，同種元素不同價態若能發生氧化還原反應，元素的化合價只靠近而不交叉。這些知識點學生記憶起來較麻煩，而利用數軸處理這些問題，圖象直觀、區間明顯，從而使復雜問題簡單化，抽象問題直觀化，往往可以大大提高解決問題的速度，起到事半功倍的效果。

案例1 已知反應KClO3 + 6HCl = KCl+3Cl2↑+3H2O

（1）標出該反應中電子轉移的方向和數目。

（2）反應中被氧化的氯原子和被還原的氯原子個數比是多少？

解析：同種元素不同化合價之間發生氧化還原反應時，元素化合價變化遵循只靠近不交叉的原則，即“歸中”規律。“歸中”規律在氧化還原反應的學習中具有重要地位，它是氧化還原反應中標注電子轉移方向和數目的標準，是正確解答有關氧化劑、還原劑、氧化產物及還原產物的比值等問題的基礎。高一學生對這一規律往往不能準確理解運用，導致在解決實際問題時出現錯誤。

解法一：

得出反應中被氧化的氯原子與被還原的氯原子的個數比為6∶1。

解法二：

由雙線橋上標注的電子數可知，反應中有5個氯原子化合價升高被氧化，有1個氧原子化合價降低被還原，即反應中被氧化的氯原子與被還原的氯原子的個數比為5∶1。

教學評價：案例中電子轉移的標法有兩種狀況。這兩種電子轉移的標法都遵循“得失電子總數相等”的基本原則，但是顯然只有一種電子轉移的標法是正確的，符合客觀實際。

第一種解法中，氯元素的化合價一部分由-1價升高到0價，另一部分由+5價降低到-1價，出現了交叉現象，在數軸上作如下表示：

第二種解法中，氯元素的化合價一部分由-1價升高到0價，另一部分由+5價降低到0價，靠近而不交叉，在數軸上作如下表示：

教學小結：同種元素不同化合價之間發生氧化還原反應時，化合價發生了交叉，這是不允許的。利用數軸分析法能更直觀地體現化合價變化的“靠近”和“交叉”，有效地解決對歸中規律的理解問題。

學生反饋：這種利用數軸分析法解讀歸中規律，簡單易學，容易理解、接受，從而快速掌握這一重要規律。

案例2 向含有0.1molFeBr2的溶液中通入0.1molCl2，求被氧化的Br-的物質的量。

解析：1.Cl2通入FeBr2的溶液中可能發生的反應及Cl2和FeBr2物質的量的比值。

（1）6FeBr2+3Cl2=4FeBr3+2FeCl3.■=2

（2）2FeBr2+3Cl2=2Br2+2FeCl3.■=■

2.在數軸上找出 n（Cl2）：n（FeBr 2）所對應的點，并將對應的物質填在上面，這樣整個數軸分成3部分。

3.由數軸可以清楚地看出：當n（Cl2）∶n（FeBr 2）=1∶1時，Fe2+全部被氧化，Br- 部分被氧化。

4.可設被氧化Br- 為x mol，則有

a Fe2+ + x Br- + b Cl2 = a Fe3+ + 2bCl- + x/2 Br2

有電子守恒，可知a + x = 2b 即0.1 + x = 2×0.1；x = 0.1

則被氧化的Br- 為0.1mol。

綜上所述，數軸法應用于氧化還原反應的學習中，的確可以將許多問題直觀、形象、簡明化。所以，我們要善于思考，巧妙地利用數學工具解決化學問題。

編輯：張 昀