淺探分與合思想與圖示法的有效結合

□ 西南大學臨高實驗中學 劉 柳

在高中化學中分與合思想顧名思義就是拆分與合并，體現在多處，如離子方程式過量與少量問題的分析、原電池和電解池工作原理剖析、有限定條件的同分異構體的書寫、質子守恒問題的分析等都運用到分與合的思想。而化學知識往往是抽象的，在分析的過程中，教師需要把它具體化，圖示法就是使知識具體化的方法，將分析思路、邏輯思維、物質與物質之間的關系、離子與離子之間的反應具體的展現在紙上，讓思路有跡可循。在做題過程中，將分與合思想和圖示法相結合，是提高同學們正確率的有效保障。

一、過量與少量問題的離子方程式的書寫

例：寫出向Ca(HCO3)2溶液中加入過量NaOH溶液的離子方程式，本反應是在溶液中發生，因此先判斷反應物在溶液中的存在形式：該反應物在溶液中可拆分成：Ca2+、HCO3-、Na+、OH-，用圖示法將其畫在一個燒杯中，燒杯外面寫著反應物，燒杯里把反應物拆分成離子形式如圖一。再根據題目標記各反應物的用量，少量的要標記“少”，每個反應都是以消耗完少的反應物就停止反應。考慮消耗完少的離子需消耗另一離子的量是多少。

此題消耗2HCO3-需消耗2OH-，因此就需要2NaOH，2HCO3-與2OH-反應產生2CO32-和2H2O，則此時整個體系中剩余的離子為：Ca2+、2CO32-、2Na+，1個Ca2+與1個CO32-反應產生CaCO3沉淀，而另一個CO32-則在溶液中與2個Na+共存與溶液中。此步為（細箭頭相連）。通過對反應物的拆分，將其用圖示法表示出來后，不難寫出離子反應方程式為：

Ca2++2HCO3-+2OH-=CaCO3↓+2H2O+CO32-

也可以寫出其化學反應方程式：

剩余的碳酸根與兩個鈉離子結合成碳酸鈉

Ca(HCO3)2+2NaOH=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O

方法索引：

①在紙上畫出燒杯，反應物寫在燒杯外，將該條件下的反應物拆寫成離子，寫在燒杯內。

②用線連出相互反應的離子，討論消耗完最少量離子所需另一離子的量，補充相應的離子數目，再補充相應物質的個數。

③在所連的線上寫出離子相互結合后生成的離子。

④檢查體系中是否有離子可以和線上反應生成的離子發生反應相互結合。若有，連線，并在線上寫出產物。

⑤將線段兩端的離子寫在離子方程式的左邊，將線上的寫到離子方程式的右邊，即組合成離子反應方程式獲化學反應方程式。

可以根據此方法書寫出關于過量和少量的化學反應的離子反應方程式和化學反應方程式，筆者在教學的過程和學生的實踐中都一致認為此方法分析的題目，不會出現遺漏，并且邏輯比較清晰，有了此方法后也在一定程度上減少了學生的畏難情緒。

二、原電池或者電解池的分析

原電池和電解池在高中化學中是一塊非常重要的版塊。新課程標準要求：了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。而在發展的過程中，市場上的化學電池種類越來越多，所以作為考試的新背景也越來越多，但是考試總是換湯不換藥，無非是考查電池的工作原理、電極反應、轉移的電子數、實驗現象等。對于電極反應和工作原理的分析就需要用到分與合的思想和圖示法。在新授課的時候，將電解池形象化，有利于學生學習掌握電池的工作原理。下面以電解飽和食鹽水為例。建立分與合和圖示法的學習模型。

①先畫出電解池的簡圖。向其中填充題目中給出的溶質和溶劑，并在燒杯內寫出其離子形式（陽離子寫在同側，陰離子寫在同側），如圖四。

②根據離子的放電順序，判斷在本條件下，哪個離子先得電子或者失去電子。

從溶液中的離子可知：H+＞Na+，Cl-＞OH-，則2H++2e-=H2↑，發生還原反應在陰極，電極棒與電源負極相連；值得注意的是這里的H+來自H2O，因此此處的氫離子要寫成水的形式，則實際的電極反應方程式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。2Cl--2e-=Cl2↑，發生氧化反應在陽極，電極棒與正極相連。

疊加得該電解池的電極反應方程式的離子表達式為：2H2O+2Cl-=Cl2↑+H2↑+2OH-，也可以得出其化學反應方程式：2H2O+2NaCl=Cl2↑+H2↑+2NaOH。

③根據圖五可知該電池的工作原理、清晰表示出反應過程中各離子的移動方向、哪些離子參加了反應以及哪些沒有參加反應等?？梢愿鶕峙c合與圖示法的結合得出的模型，可以快速的解出相關習題。

(2021·張家口模擬)利用如圖裝置處理含CN-廢水的同時，并制備NaOH。

下列說法錯誤的是( )

A.b為電源的負極

B.pq可為陰離子交換膜

C.氣體Y為H2

D.電極M上發生的電極反應式為2CN-+4H2O-10e-=N2↑+2CO2↑+8H＋

本題清晰地畫出電解池模型，左邊反應物為CN-，生成的氣體為N2和CO2，由化合價變化可知C元素化合價從+2升高成+4，失去電子；N元素化合價從-3升高成0價，失去電子，發生氧化反應，則M為陽極，a為電源正極，b為電源負極，N為陰極?？蓪⒂疫叺娜芤寒嫵鋈鐖D七，簡單得出H+得電子生成H2。中間的飽和Na2SO4中有Na+、H+、SO42-、OH-，N為陰極，陽離子向陰極移動，所以Na+穿過pq膜，到達N電極附近，補充Na+，且與圖七中反應剩余的OH-結合，制備NaOH。則pq為陽離子交還膜。

方法索引：

①作圖可以在考試的試題上直接作圖。

②根據已知信息，如總反應方程式，分解成兩個半反應；或者根據化合價，離子的放電順序寫出半反應，再進行組合成總反應方程式。

在原電池和電解池這抽象并且容易出現難點的知識模塊中，使用分與合的思想對電解質，對方程式進行拆分，再利用圖示將其邏輯具體化，可以大大降低本模塊的難度，消除學生對新型電池的恐懼，從學科根本使學生掌握模型，從而提高解題的正確率。

三、限定條件同分異構體的書寫

同分異構體在有機化學中往往作為區分題存在，有部分學生經常做不對給定條件的同分異構體。對此，筆者在分與合思想的指導下，建立了一套行之有效的解題思路。

步驟如下：

①整體把握母體，寫出母體的分子式，并根據其不飽和度公式求出其不飽和度，整體把握其分子中的官能團和碳骨架。

②找碎片：找出限定條件下物質的官能團、碳鏈；用官能團異構，構建出符合條件的官能團。

③再用降碳法，根據碳鏈異構，寫出異構碳骨架。

④在碳骨架的基礎上，考慮相同官能團下的官能團位置異構。

⑤最后綜合分析寫出同分異構體，特別需要處理有關量的計算，如1mol-CHO生成1molAg；2mol-COOH生成1molH2。

①能發生銀鏡反應。②核磁共振氫譜由三個峰，峰的面積比為18：1：1。

解題思路如下：

①先寫出其分子式：C10H20O,求出不飽和度為（2x10+2-20）/2=1；②根據題目要求得出限定條件下的官能團為-CHO；③由峰面積之比為18：1：1，可知此結構為高度對稱結構，有18個H原子為等效氫，則有6個-CH3，-CHO中有一個H原子，所以可以推出此結構為圖九。在限定條件下的同分異構體的書寫中，分與合的思想體現在找碎片再將碎片重新組合，圖示法將信息通過圖示（結構簡式）進行羅列梳理，最后達到分與合思想和圖示法相互結合，根據總結得出的思維模型，使得同分異構體的書寫有方法有步驟可尋，大大降低難度。

由于篇幅的局限，分與合思想和圖示法的結合還可以用于解決質子守恒問題，以分析溶液中各離子濃度的大小，在這里就不進行敘述了。在教育教學過程中，為了解決一些既定的化學問題，筆者和學生一起在實踐中，總結出相應的教學策略。分與合，是對立統一的，是對立統一思想方法的一個下支方法，而圖示法使思維具有可視化。在實踐過程中要使形成的思維路徑變得清晰，需要學生通過不斷的思考和總結，在學習和解決化學問題上不斷地進行探究，促進學生發展落實化學學科素養。