關于微觀模型的應用例析

朱國定

化學是分子、原子層面研究物質組成、結構以及變化的一門學科，所涉及的眾多概念、定理和變化規律對學生而言相對較為抽象，僅僅利用精煉的化學語言難以深刻解釋其內涵，而化學微觀模型則可以直觀展示物質原型的具體形態，呈現化學反應的具體過程，對于學生認識微觀世界有一定的幫助，下面將結合實例講解微觀模型的應用。

一、利用模型認識物質組成

物質是由眾多微粒所構成的，這些微粒如分子、原子和離子是看不見的，學生所認識的僅是宏觀意義上的概念，而利用微觀模型可以幫助學生更為直觀地認識物質的組成。對于一個特定的分子，根據微觀模型球的不同顏色和大小可以直接區分其原子構成，認識其結構，為后續化合物的學習奠定基礎。

例1 醋是飲食調味品，其主要成分為乙酸，圖1所示是一個乙酸分子的微觀模型，其中“●”表示碳原子，“〇”表示氫原子，“·”表示氧原子，則下列選項的敘述不正確的是（）。

A.碳、氧、氫三種元素共同組成了乙酸分子

B.一個乙酸分子中碳原子、氫原子和氧原子的個數之比為1：2：1

C.乙酸分子是由碳原子、氫原子和氧原子共同構成的

D.乙酸分子的相對分子質量為60

解析 本題目考查利用微觀模型理解物質結構，由乙酸分子的微觀模型圖可知，乙酸分子是由碳、氧、氫三種原子構成的，不能將其說成是元素組成分子。2個碳原子、4個氫原子和2個氧原子共同構成1個乙酸分子，則乙酸分子的化學式為C2H2O2，故其原子個數之比為1：2：1，根據對應元素的相對原子質量可求得乙酸分子的相對分子質量：12x2+4+16x2=60。答案：A。

二、利用模型分類化學物質

化學物質有很多種，從所含分子種類角度可以將其分為純凈物和混合物，從純凈物分子的組成元素或原子種類角度可以將其分為單質和化合物，這些分類僅是宏觀的概念，用微觀模型則可以直接呈現分類的具體情況，對于深人理解物質的分類標準有一定的幫助。

例2 （2018 年德州市中考卷第7題）圖2中的“O”和“國”分別表示不同元素的原子，則圖2所示的微觀示意圖能表示化合物的是（）。

解析 本題目考查利用微觀模型對物質進行分類，首先需要理解化合物的基本定義，化合物是由兩種或者兩種以上的元素組成，其次從化學微觀角度分析，化合物也是一種純凈物，故在同一容器內只能是同種分子的混合。A圖是由一種原子構成一種分子，表示的是單質;B圖是不同原子構成的兩種不同的分子，表示的是混合物;C圖是由兩種不同原子構成的同一種分子，表示的是化合物;D圖則是多種原子構成了三種不同的分子，屬于混合物。答案：C。

三、利用模型理解化學變化

物質變化分為物理變化和化學變化，其判定依據為是否有新物質的生成，教材中化學變化的實質為：分子的破裂，原子的重新組合。對于該抽象概念則可以利用微觀模型來揭示，通過模型的直觀化來定量分析化學變化過程中原子的種類及數量的變化情況，從而將淺顯的定性認識上升到深層的定量研究上，這對于后續的學習研究是十分重要的。

例3 （2018年山西省中考卷第6題）“厲害了，我的國！”我國航天技術迅猛發展，“天舟一號”與在軌運行的“天宮二號”空間實驗室首次實現成功交會對接，有力推動了我國空間站建設的進程?？臻g站里的O2源自電解水，所得H2與CO2反應生成H2O和CH4，該反應的微觀示意圖如圖3所示。依據圖示，下列敘述錯誤的是（）。

A.反應前后分子種類不變

B.原子可以構成分子

C.反應中分子可以再分

D.反應前后原子種類不變

解析 上述微觀示意圖呈現的是H2與CO2反應的微觀過程，考查利用微觀模型分析化學反應。由微觀模型可知一個氫分子和一個二氧化碳分子反應生成了一個水分子和一個甲烷分子，存在原有分子的破裂，原子重組為新的分子，反應前后分子的種類發生了變化，但原子種類依然是H、O、C，且個數不變。由分子變化過程可知原子可以構成分子，而分子可以分為原子，但原子不能再次分解。答案：A。

四、利用模型理解質量守恒

質量守恒定律是初中化學較為重要的定律，對于任何化學反應都遵循質量守恒，即化學反應前后原子的種類和數目都保持不變，微觀模型不僅可以對原子和分子的種類加以區分，而且可以直觀呈現原子和分子的數量變化，其定量分析化學變化的過程對于理解質量守恒定律是十分有利的。

例4 （2018 年連云港市中考卷第9題）物質a和b在一定條件下反應生成c和d的微觀示意圖如圖4所示：

下列說法正確的是（）。

A.物質c是一氧化碳

B.該反應不符合質量守恒定律

C.該反應前后，原子的種類發生改變

D.該反應前后，分子的個數保持不變

解析 根據微觀模型結合所學知識可知發生的化學反應為

2O2+CH4==c+2H2O

根據其元素種類可知物質c可能是CO，也可能是CO2，選項A錯誤;化學反應必須遵循質量守恒，故反應前后的原子種類和數量不變，選項B和C錯誤;化學反應中有新分子生成，但分子個數不一定保持不變，需根據具體的反應分析，上述模型示意圖中分子的數量不變，均為2個，選項D正確。因此答案應選D。

五、利用模型判定反應類型

根據反應物和生成物的類別和反應前后的數量變化情況，將化學反應分為了化合反應、分解反應、置換反應和復分解反應四大類型。但從宏觀的定義描述難以理解其劃分標準和深層含義，而利用直觀的微觀模型則可以較為深刻地感受不同反應類型的變化過程，輔助理解不同化學類型的特征。

例5 （2018 年德陽市中考化學卷第4題）圖5所示是兩種氣體發生反應的微觀示意圖，其中相同的球表示的是同種原子，則下列選項說法錯誤的是（）

A.該反應屬于化合反應

B.反應前后原子的種類和數目均不變

C.反應物一定為氧化物

D.反應前后各元素的化合價發生了變化

解析 本題目考查利用微觀模型分析化學反應。根據微觀模型可知反應物是兩種單質，而生成物為一種化合物，即反應是兩種單質反應生成一種化合物的過程，A正確;化學反應均遵守質量守恒定律，即反應前后的原子種類和數目不發生變化，B正確;由于模型中沒有標明小球所表示原子的名稱，故不能斷定生成物為氧化物，C錯誤;反應物均為單質，化合價一定為0價，生成物為化合物則元素的化合價一定為非零價，故反應中各元素的化合價一定發生了變化，D正確。答案：C。