思維建模在高三無機化學實驗復習中的應用

熊建飛吳利敏（四川省瀘縣第五中學　四川瀘縣　646105）

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思維建模在高三無機化學實驗復習中的應用

熊建飛吳利敏
（四川省瀘縣第五中學四川瀘縣646105）

摘要：針對目前高三無機化學實驗復習中存在的問題，提出了采用思維建模的學習方式。以實驗室制氯氣為例，把制取氯氣的六個環節緊密聯系起來，對無機實驗考查的知識及能力要求巧妙地融和到一塊。使學生用已有的知識構建起自己的思維模型，做到對實驗方法與能力的內化，引導學生在建構好的思維模型上進行遷移應用。

關鍵詞：無機化學實驗；思維建模；實驗室制氯氣

高三無機化學實驗知識點瑣碎，以實驗為載體的高考試題考查知識面廣泛，這對學生的復習帶來了很大的困難。實驗是能力的體現，比如分析問題解決問題的能力、操作能力、創新能力、在新的情景中知識遷移的能力，而不是單純的知識歸納，這就要求學生對無機化學實驗要有一個整體上的把握。思維建模可以幫助學生建立起一種做實驗題的思維模型，在實驗復習中發揮良好的作用。

一、思維模式的建立

以氯氣的實驗室制法為例，利用思維導圖這一工具將制備氯氣的六個環節聯系在一塊，讓學生自己動腦找到它們之間的聯系。為了引導學生有效地建立起思維模式，設計建立過程的線索為：驅動性問題→討論探究→實驗觀念建構（圖1）。

1.反應原理

驅動問題1：啟發學生根據已有的知識或教材中的材料，思考制取Cl2所選用的試劑是什么，反應條件是什么，為什么這樣選擇。

觀念建構：反應原理是物質制備的前提，這是學生首先要明白的問題，因為它關系到整個實驗的其它環節，如由反應原理可以選擇合適的實驗裝置、目標物質中可能混有的雜質及怎樣除雜等。

2.裝置

驅動問題2：經過學生討論，使學生明白實驗裝置的選擇是由實驗原理決定的。順理成章地引出實驗裝置的觀念建構。

觀念建構：引導學生思考常見的實驗裝置有哪些。如（1）實驗裝置的選擇依據及種類：如制氯氣選用固體+液體，并加熱；聯想實驗室制氨氣選用怎樣的裝置。（2）實驗儀器的名稱及使用：分液漏斗、圓底燒瓶、洗氣瓶、集氣瓶；根據已有的知識，引導學生思考還有哪些常見的儀器（干燥管、蒸餾燒瓶、長頸漏斗、滴液漏斗、冷凝管、容量瓶、酸式滴定管、堿式滴定管）。⑶引導學生思考儀器組裝完后為什么要檢驗氣密性，怎么檢驗。

圖1　思維模式建立

3.氣體凈化

驅動問題3：學生通過思考交流，明白在制備氣體的時候，要想得到純凈的氣體，必須要除去雜質。學生繼續深入思考，除雜的依據是什么。進而引導學生思考混合物的分離提純。

觀念建構：以Cl2為例，除去H2O（氣）可以用干燥劑、除去HCl可以用飽和食鹽水。除去這兩種氣體有沒有順序，除去H2O（氣）能不能用堿石灰，除去HCl能不能用NaOH溶液，這些問題能夠使學生更加深入的思考。思考的過程也就自然成了觀念建構的過程，在這個過程中教師要巧妙地作出指導。引導學生做出總結。

4.氣體收集

驅動問題4：由Cl2的收集方法，啟發學生根據已有的知識思考氣體的收集方法有哪些，為什么選擇這樣的問題。

觀念建構：讓學生自己通過思考與交流建立起氣體收集的方法與選擇依據。

5.檢驗

驅動問題5：由Cl2的檢驗，啟發學生聯想其它氣體的檢驗，如H2O（氣）、NH3、SO2、CO2、CO、NO2、NO、H2等。進而引導學生深入思考其它物質或離子的檢驗，如Fe3+、Fe2+等。

觀念建構：通過以上問題的思考，讓學生自己建構起實驗的思維能力，自然而然地總結出物質檢驗的依據是物質的特征反應。

6.尾氣處理

驅動問題6：啟發學生思考，為什么Cl2不能直接排放到空氣中，進而引導學生聯想還有哪些氣體需要進行尾氣處理。通過Cl2的處理方法，引導學生深入思考氣體處理方法的依據是什么。

觀念建構：經過上述問題的討論與交流，讓環境保護意識深入學生內心深處，在做實驗的時候對于有毒氣體一定要做好尾氣處理。繼而引導學生歸納總結尾氣處理的方法有哪些，選擇的依據是什么，應該選擇哪些試劑，哪些需要防倒吸等。

二、思維模式的應用

通過上述思維模式的建立，在建模的過程中學生對無機化學實驗從反應原理到尾氣處理有一個系統的認識，逐漸形成無機實驗的思維模式。為了加深對思維模式的理解與應用，特選擇了具有代表性的近年高考無機實驗題。

（2015課標Ⅰ，26）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體（H2C2O4· 2H2O）無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。回答下列問題：

（1）甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現象是，由此可知草酸晶體分解的產物中有。裝置B的主要作用是

（2）乙組同學認為草酸晶體分解的產物中含有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置（可以重復選用）進行實驗。①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、。裝置H反應管中盛有的物質是。②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是。

（3）①設計實驗證明：

［思維模式應用］

1、2.產物檢驗：檢驗CO2的特征試劑是澄清石灰水。由裝置C中現象，可知分解產物中有CO2。

3.氣體的凈化：因為草酸易升華，在加熱條件下草酸變為氣體，草酸氣體能夠與Ca（OH）2反應生成草酸鈣沉淀，干擾CO2的檢驗。由于草酸的熔點為101℃，用冰水降溫可以使其凝華變為固體，從而達到除雜目的。

4、5、6.對思維模式中的六個環節的綜合考查：檢驗CO，可通過檢驗還原CuO后的產物中有CO2即可，所以要先除去CO2，除CO2要選試劑NaOH溶液。為了確定CO2是否除盡，需用特征試劑澄清石灰水。在氣體進入H之前還要除去其中的

H2O（氣），故要選用干燥劑。檢驗還原CuO后的產物中有CO2需用特征試劑澄清石灰水。由于CO有毒，需要尾氣處理，針對CO的性質選用收集的處理方式。

7.反應原理：根據強酸制弱酸原理設計方案。

8.反應原理及定量測定：根據中和滴定原理，1mol草酸消耗2molNaOH設計方案。

三、反思評價，促進思維模型的建構

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實驗觀念的建構是在思維建模的過程中形成的，在此過程中要充分發揮學生的自主學習能動性，讓學生充分暴露思維過程，在交流與碰撞的過程中體驗學習的樂趣，激發思維的火花。思維模型的形成，還需要學生在不斷的實踐與反思中加以修正和完善。

參考文獻

［1］李化生.增強基礎性和綜合性加強應用和創新能力考查［J］.中國考試，2015，11：27-34

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.029

文章編號：1008-0546（2016）03-0082-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B