高中化學解題中建模思想的應用

陳仙玉

(福建省上杭縣第一中學 364200)

高中化學解題中，引導學生正確利用建模思想，對題目中的信息進行提煉，有效利用題目條件解題，實現復雜問題簡單化，加深知識理解和掌握，提高學生知識利用能力，培養學生綜合素養.因此，作為高中化學教師，在解題教學中，注重建模思想的引入，引入建模思想，對化學問題進行分析和解答，提高學生解題效果和質量.

1 氧化還原模型在解題中的應用

氧化還原反應模型是高中化學的重要模型.運用該模型解題的關鍵在于準確地判斷氧化劑與還原劑、氧化產物與還原產物.注重得失電子守恒的應用.

例1已知將一定量的氯氣通入100mL 6mol/L的氫氧化鈉溶液中恰好完全反應.產物可能有NaClO3、NaClO、NaCl，其中NaClO3的物質的量濃度和溫度高低有關，則以下說法正確的是( ).

A.反應后溶液中c(Cl-)∶c(ClO-)∶c(ClO3-)=6∶6∶1

B.被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質的量為0.3mol

C.反應中轉移的電子的物質的量可能為0.4mol

D.反應后溶液中c(NaCl)≤0.5mol/L

解析設NaCl、NaClO、NaClO3物質的量分別amol、bmol、cmol.由氧化還原反應模型可知,反應中電子守恒，即b+5c=a，有鈉元素守恒可知a+b+c=6mol/L×0.1L=0.6mol.A項不符合電子守恒規律，錯誤；B項，有生成的產物可知，鈉原子與氯原子的個數比為1∶1，因此，被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質的量為0.6mol/2=0.3mol,正確；C項，NaCl為還原產物，若轉移電子的物質的量為0.4mol，則所生成0.4mol NaCl，將a=0.4mol代入，可得b=0.15mol，c=0.05mol，有符合題意的解，正確；D項，分析可知2a=0.6+0.4c，當產物中NaClO3越多，NaCl的物質的量越多，當產物中只有NaCl和NaClO3時，NaCl的物質的量達到最大，此時a=5c，a+c=0.6mol，則a=0.5mol，對應的物質的量濃度為0.5mol/0.1L=5mol、L，即，c(NaCl)≤5mol/L，錯誤.綜上選擇BC.

2 晶體模型在解題中的應用

高中化學教學中，晶體知識是重要的知識內容，晶體題型是常見的題目類型，在解題中，對學生邏輯思維和空間能力具有一定的要求，要求學生能夠根據題目意思和條件，構建相應的晶體模型，分析其晶體結構，利用有價值的信息，結合晶體模型解答問題.

例2在晶體結構的化學研究中，X射線是一種的重要的方式，[MxFey(CN)z]是一種藍色晶體，在其結構中，Fe2+和Fe3+在其頂點位置據，互不相鄰，棱上是CN-，其晶體中的陰離子晶胞結構如圖1所示，下列表述正確的是( ).

圖1

A.此晶體屬于原子晶體

B.M離子在立方體面心位置，呈現+2價

C.M離子在立方體體心位置，呈+1價

D.晶體的化學式MFe2(CN)2，且M是+1價.

解析對于A選項中，此結構有陰陽離子，所以晶體屬于離子晶體，A錯誤.根據給出的晶體結構模型可以得出，Fe2+和Fe3+在其頂點位置，其對應的個數則是1/2，CN-在其棱上，則其對應的個數是3，通過這樣的分析可以得出M、Fe、CN-的個數比是x∶2∶6，根據晶體化合價，陰離子所帶負電荷數為-6+3+2=-1，得出晶體的化學式是MFe2(CN)6，所以得出x=1，且M是+1價，因此B項錯誤.因為鐵離子和亞鐵例子的個數是1/2，就是說兩個晶胞有一個M+，因此C選項錯誤.通過這樣的分析可以得出D選項正確.

3 溶解平衡模型在解題中的應用

高中化學教學中，溶解平衡是重要的知識點，也是學生解題中的難點.在高中化學中，涉及到的溶液比較多，化學反應也比較多，因此，針對溶解平衡問題，常常把握不好解題方式，不利于學生順利解題.在實際的解題教學中注重模型思想的引入，傳授學生解題技巧，提高學生解題效率.

例3在廢水中加入一些硫化物，可以獲得CuS、ZnS納米粒子，在常溫狀態下，H2S的Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15，當溶液達到平衡狀態時，圖2所示即離子濃度關系，下列表達中不正確的是( ).

圖2

A.Kap(CuS)的數量級為10-37

B.a點的CuS溶液屬于不飽和溶液

C.向p的溶液中加入少量NaS固體，溶液組成從p向q移動

解析根據溶解平衡模型進行分析，c(Cu2+)=10-18mol/L時，c(S2-)=10-18.3，所以Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-36.3，其數量級是10-37，A正確.結合A項進行分析，a點時的離子濃度是10-37，小于Ksp(CuS)，可以得出溶液為不飽和溶液，所以B正確.P點時的溶液中添加NaS固體，溶液c(s2-)增加，則c(Cu2+)減小，所以，C選項正確.結合題設中給出的條件，結合平衡常數進行計算，得出平衡常數是30，其數值并不大，反應并沒有趨于完全，因此，D選項錯誤.

4 化學平衡模型在解題中的應用

在高中化學解題中應用化學平衡模型時應注重把握可逆反應的規律，即反應物不可能完全轉化為生成物.同時注重運用勒夏特列原理以及三行式分析相關參數之間的關系，求解除相關參數.

例4在體積可變的密閉容器中加入mmolX(g)和1 molY(g)發生反應：

5min后測得Y的轉化率為50%，反應后混合氣體的密度為反應前混合氣體密度的2/3，則m∶n不可能為( ).

A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶5

解析由化學平衡模型可知平衡時X、Y、Z的物質的量分別為(m-50%m)mol=0.5mmol，(1-1×50%)mol=0.5mol，1mol×50%×n=0.5nmol，由反應后混合氣體的密度為反應前混合氣體密度的2/3，可知(1+m)/0.5m+0.5+0.5n=2/3,解得n=2m+2，則當m取1mol、2mol、3mol、4mol時，對應n的值為4、6、8、10mol，則m∶n不可能為1∶2，選擇C項.

5 核外電子排布模型在解題中的應用

在高中化學教學中，核外電子分布是重要的知識內容，也是學生認識微觀世界的重要方式.因此，面對核外電子分布問題，教師需要引導學生利用模型思想，構建具體形象的模型，利用模型將微觀事物展示出來，幫助學生更好地分析和解答問題.

例5根據相關的研究表明，核外電子的能量與電子所在的層數和能級有著直接關系，同時，核外電子數目和核外電荷數對其能量也有著很大的影響.氬原子和硫離子的核外電子分布相同，即1s22s22p63s23p6，下述表述中正確的是( ).

A.在1s能級上，兩個粒子有著同樣的電子能量

B.在3p能級，兩個粒子的電子到電子核的距離一樣

C.當發生電子跳躍的情況時，兩個粒子產生不同的光譜

D.兩個粒子都屬于8個電子的穩定結構，因此有著相同的化學性質

解析在此題解答時， 根據題目內容構建相應的核外電子排布模型，結合模型進行分析，雖然兩個粒子電子分布一樣，但是，其核外電荷數量不同，電子能量自然不同，A錯誤.在相同的3p能級上，氬原子核外電荷大，對電子吸引力大，距離原子核更近，B錯誤.電子的能量不同，其電子躍遷時，產生的光譜也不相同，C正確.硫離子得到電子之后，其是電子為8的穩定結構，失電子能力強，因此，兩者有著不同的還原性，D錯誤.

6 原電池模型在解題中的應用

在原電池解題中，應當根據涉及到的知識內容，利用模型思想，構建合適的化學模型，對問題進行分析，明確解題思路，提高學生的解題能力.

例6如圖4所示，圖中展示的是一種新型可控電池-鋰水電池的工作原理圖，下述表達中不正確的是( ).

圖3

A.碳極發生的反應是：

B.有機電解質和水溶液相互之間不能互換

C.在標準狀況下，產生22.4 L氫氣需要正極消耗14 g的鋰

D.此種裝置，提供電能的同時，獲得清潔氫氣

解析通過對圖形進行分析，根據其原理圖，構建相應的原電池模型，碳極上有氫氣產出，為正極，發生還原反應，其電極方程式是

因此，A選項正確.鋰和水發生化學反應，生成氫氣和氫氧化鋰，鋰和有機電解質不發生反應.因此，兩者不同互換，B正確.根據鋰和水的化學反應方程式，判斷鋰電極是負極，可以計算要獲得標準狀況下22.4 L氫氣，消耗鋰的質量是14 g，C錯誤.通過對裝置做出分析，裝置能夠產生電能，還可以產生氫氣，D選項正確.