周世平

（江蘇海安立發(fā)中學(xué) 江蘇 海安 226600）

提高學(xué)生的問題解決能力一直都是一線教師和廣大科研人員努力期望解決的問題。各個國家、地區(qū)和國際組織都在努力把學(xué)生的問題解決能力的培養(yǎng)作為基礎(chǔ)教育階段學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的重要內(nèi)容和學(xué)生終身學(xué)習(xí)的必備技能。國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）在1996年的報告中強調(diào)國家負(fù)有實現(xiàn)公民終身學(xué)習(xí)的使命，并指出問題解決是終身學(xué)習(xí)必備的素質(zhì)之一?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出新課程對學(xué)生的評價應(yīng)關(guān)注“考查學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、技能和方法分析和解決問題的能力?！?/p>

一、《化學(xué)反應(yīng)原理》中問題解決模型構(gòu)建的必要性

新課程《化學(xué)反應(yīng)原理》主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡以及溶液中的離子平衡等方面。以化學(xué)反應(yīng)原理的知識為基礎(chǔ)和背景的習(xí)題可謂“題?！保}目成千上萬、形式千變?nèi)f化，若不掌握適當(dāng)?shù)慕忸}技巧，此部分的學(xué)習(xí)將會很被動?；瘜W(xué)問題解決模型的構(gòu)建和運用情況是學(xué)生化學(xué)問題解決能力強與弱的重要表現(xiàn)。通過對學(xué)生解決化學(xué)問題過程中的策略的使用情況進(jìn)行研究有助于發(fā)現(xiàn)學(xué)生問題解決過程中存在的問題，有助于學(xué)生在問題解決過程中積極地進(jìn)行反思和自我監(jiān)控，有助于提高學(xué)生的問題解決能力，有助于全面提高學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。

二、《化學(xué)反應(yīng)原理》中典型問題解決的模型構(gòu)建策略

在教學(xué)中，特別是在高三化學(xué)復(fù)習(xí)的過程中，以《化學(xué)反應(yīng)原理》中的主干知識為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生有針對性地建立不同典型問題解決的模型，一方面可以讓學(xué)生在應(yīng)對新的問題時有據(jù)可依，另一方面可以跳出“題海”，能輕松把握《化學(xué)反應(yīng)原理》中典型問題的解題規(guī)律和技巧。

1.以蓋斯定律為基礎(chǔ)的熱化學(xué)問題中的圖形分析模型構(gòu)建

化學(xué)反應(yīng)中能量的變化，通常表現(xiàn)為熱量的變化。而化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因是化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。平時考試或高考中涉及此類的考題多為選擇題和填空題。學(xué)生在解此類題時經(jīng)常會將能量變化的符號搞錯，還容易將物質(zhì)能量的高低與物質(zhì)中化學(xué)鍵的鍵能大小混淆。圖示法是提高解決此類題正確率的一種好辦法，下面通過例題來說明此法的應(yīng)用。

【例題1】已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：

C（石墨）+O2（g）＝CO2（g） ΔH＝-393.51 kJ／mol

C（金剛石）+O2（g）＝CO2（g） ΔH＝-395.41 kJ／mol

據(jù)此判斷，下列說法正確的是（ ）

A.金剛石的燃燒熱比石墨的燃燒熱小

B.石墨晶體中碳碳鍵的強度小于金剛石

C.石墨的能量比金剛石的能量高

D.由石墨制備金剛石一定是吸熱反應(yīng)

【分析】解決此題需要學(xué)生準(zhǔn)確理解燃燒熱（ΔH＜0）的概念、熟練運用蓋斯定律、理清化學(xué)鍵鍵能與物質(zhì)所具有能量高低的關(guān)系、判斷能量變化與化學(xué)反應(yīng)是吸熱還是放熱的關(guān)系。故學(xué)生經(jīng)常會錯選。若借助于圖示法，既可省時，又可提高正確率。

【說明】用圖示法的關(guān)鍵要清楚上述兩個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)（ΔH＜0）說明生成物的能量比反應(yīng)物的能量要低，根據(jù)題目中提供的信息轉(zhuǎn)化成右圖。

根據(jù)距離 a＞c，可判斷 A 錯誤；根據(jù) c＜a，可判斷石墨具有的能量低，說明石墨中碳碳鍵的強度大于金剛石中的碳碳鍵。從而得到B、C錯誤，D正確。

2.以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡為基礎(chǔ)的化學(xué)問題中的數(shù)學(xué)等式模型構(gòu)建

以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡為基礎(chǔ)的問題具有的特點是在題目中出現(xiàn)一系列的數(shù)據(jù)，需要結(jié)合相應(yīng)的概念或定義進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這類題既可能是直接的簡單化學(xué)計算，也可能是間接的應(yīng)用化學(xué)原理的推算或是化學(xué)計量關(guān)系的運算結(jié)果。因其靈活性強、迷惑性大、對解題的技巧要求高，往往成為學(xué)生解題的障礙。通過這類題型中建立起始量、變化量與平衡量之間的數(shù)學(xué)等式關(guān)系，可以讓學(xué)生理清思路，排除干擾，順利解決相應(yīng)問題。

起始濃度 甲 乙 丙c（H2） ／mol／L 0.010 0.020 0.020 c（CO2） ／mol／L 0.010 0.010 0.020

下列判斷不正確的是 （ ）

A.平衡時，乙中CO2的轉(zhuǎn)化率大于60%

B.平衡時，甲中和丙中H2的轉(zhuǎn)化率均是60%

C.平衡時，丙中 c（CO2）是甲中的 2 倍，是 0.012mol／L

D.反應(yīng)開始時，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)速率最慢

【分析】由題意列出起始量、變化量與平衡量之間的數(shù)學(xué)等式關(guān)系，進(jìn)行計算：

A項：甲中CO2轉(zhuǎn)化率為60%，而乙可認(rèn)為是在甲的基礎(chǔ)上增大了H2的濃度，使平衡右移，CO2轉(zhuǎn)化率增大，故大于60%，正確；B項：甲和丙中H2轉(zhuǎn)化率均為60%，正確；C項：丙中的平衡濃度是甲的2倍，但計算出的平衡濃度為0.008mol／L，錯誤；D項：丙中起始濃度最大，速率最快，甲中起始濃度最小，速率最慢，正確。

【說明】此類題考查學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的可逆性、化學(xué)平衡、化學(xué)平衡常數(shù)和溫度對化學(xué)平衡的影響的了解，考查學(xué)生計算綜合平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率的能力，及知識遷移能力，難度中等，運用數(shù)學(xué)關(guān)系式法建立解題模型有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題思路的嚴(yán)密性。

3.以等效平衡為基礎(chǔ)的高考熱點化學(xué)問題中的中間體模型構(gòu)建

等效平衡是由于可逆反應(yīng)化學(xué)平衡的達(dá)成與建立的途徑無關(guān)而造成的。等效平衡是在一定條件下（定溫、定容或定溫、定壓），對同一個可逆反應(yīng)，起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時，同種物質(zhì)的含量相同，這樣的平衡稱為等效平衡。與等效平衡相關(guān)的許多問題的解決比較抽象，有時也難以表達(dá)清楚。若能在解題過程中建立“中間體”作為問題解決的過渡，那將會做到事半功倍的效果。

【例題3】在一個盛有催化劑容積可變的密閉容器中，保持一定的溫度和壓強，進(jìn)行以下反應(yīng)：N2+3H2?2NH3。已知加入1 mol N2、4mol H2時，達(dá)到平衡后生成amolNH3（見表中已知項），在相同溫度和壓強下保持平衡后各組分體積分?jǐn)?shù)不變，對下列編號②～④的狀態(tài)，填寫表中空白。

已知編號平衡時NH3的物質(zhì)的量／mol N2 H2 NH3① 1 4 0 a②1 0.5a③ 1.5 6 0④ m g（g≥4m）始態(tài)的物質(zhì)的量／mol

【分析】由題意知②與①的平衡狀態(tài)互為等效平衡，②中平衡時NH3的物質(zhì)的量為①的一半，設(shè)①達(dá)到平衡的過程如下圖。

設(shè)想我們可以用隔板將①中平衡狀態(tài)均分為A、B兩部分，那么A（B）與整體當(dāng)然處于等效平衡且A（B）中NH3的量為0.5a mol，所以我們可認(rèn)為A（B）部分為②的平衡態(tài)，那么達(dá)到B平衡態(tài)的初始狀態(tài)當(dāng)然也為達(dá)到①平衡態(tài)的初始狀態(tài)的一半，即可用下圖表示：

即達(dá)到②的平衡的初始的物質(zhì)的量為：n（N2）＝0.5mol、n（H2）＝2mol、n（NH3）＝0 mol而經(jīng)過等量互換，當(dāng)n（NH3）＝1mol時，n（N2）＝0mol，n（H2）＝1.5mol。同理知①為③這個整體的2／3，故③達(dá)到平衡時1.5a。同理，設(shè)始態(tài)NH3為x，平衡時NH3為y，則有

得 x＝2（g-4m） y＝（g-3m）a。

【說明】這類等效平衡可形象地理解為整體與局部的關(guān)系。即在恒溫恒壓下，當(dāng)兩初始狀態(tài)符合局部與整體的關(guān)系時，那么相對應(yīng)的平衡態(tài)也就符合局部與整體的關(guān)系。反之亦然。

4.以電化學(xué)知識為基礎(chǔ)的化學(xué)問題中的“化學(xué)核心知識”模型構(gòu)建

電化學(xué)涉及到原電池的工作原理、電解池的工作原理及電化學(xué)腐蝕。由于新型電池的開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展速度迅猛，所以在各地的高考題中出現(xiàn)了以各種各樣的充電電池為背景的考題。這勢必為學(xué)生的復(fù)習(xí)和問題解決增加難度。但如果仔細(xì)分析各地高考試題的特點，就會發(fā)現(xiàn)所有有關(guān)新型電池的考查都可以回歸到電化學(xué)的最基礎(chǔ)、最核心的知識上。只要學(xué)生能對電化學(xué)的核心知識即“銅鋅原電池的工作原理”、“電解池的工作原理”理解透徹，就能以不變應(yīng)萬變。

【例題4】鉛蓄電池的工作原理為：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。研讀右圖，下列判斷不正確的是 （ ）

A.K閉合時，d電極反應(yīng)式：

B.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，I中消耗的 H2SO4為 0.2 mol

C.K閉合時，II中SO2-

4向c電極遷移

D.K閉合一段時間后，II可單獨作為原電池，d電極為正極

【分析】本題考查電化學(xué)（原電池、電解池）的相關(guān)知識。K閉合時Ⅰ為電解池，Ⅱ為電解池，Ⅱ中發(fā)生充電反應(yīng)，d電極為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，其反應(yīng)式為PbSO4+2H2O-2e-＝PbO2+4H++SO42-所以A正確。在上述總反應(yīng)式中，得失電子總數(shù)為2e-，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，可以計算出Ⅰ中消耗的硫酸的量為0.2mol，所以B對。K閉合一段時間，也就是充電一段時間后Ⅱ可以作為原電池，由于c表面生成Pb，放電時做電源的負(fù)極，d表面生成PbO2，做電源的正極，所以D也正確。K閉合時d是陽極，陰離子向陽極移動，所以C錯。

【說明】此問題及與引相類似的問題要求學(xué)生對電化學(xué)的“核心知識”掌握牢靠。

5.以溶液中的離子反應(yīng)為基礎(chǔ)的化學(xué)問題中的“三大守恒思想”模型構(gòu)建

以溶液中離子反應(yīng)為基礎(chǔ)的化學(xué)問題也是近幾年高考必考問題。對于電解質(zhì)溶液中存在的物料守恒、電荷守恒、質(zhì)子守恒的書寫要熟練，同時要會變形應(yīng)用。

【例題5】下列濃度關(guān)系正確的是 （ ）

A.氯水中：c（Cl2）＝2［c（Cl-）+c（ClO-）+c（HClO）］

B.氯水中：c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）＞c（ClO-）

C.等體積等濃度的氫氧化鈉與醋酸混合：c（Na+）＝c（CH3COO-）

【分析】根據(jù)氯水中所含粒子的種類可知氯水中也含有氯氣分子A設(shè)置了一個貌似物料守恒的式子而忽視了氯氣分子的存在，故A錯；根據(jù)Cl2+H2O?HClO+H++Cl-，HCl完全電離而HClO部分電離，可知正確的順序 c（H+）＞c（Cl-）＞c（ClO-）＞c（OH-），B 錯；C 項中等物質(zhì)的量的強堿與弱酸混合生成強堿弱酸鹽溶液顯堿性c（OH-）＞c（H+），再根據(jù)溶液中電荷守恒可以判斷 c（Na+）＞c（CH3COO-）；D 項比較簡單。

【說明】考查溶液中離子濃度大小比較 ，要抓住三個守恒。好多學(xué)生為此而苦惱，主要是不少同學(xué)沒有抓住解題的關(guān)鍵，切不要花太多的時間于各種題型的記憶上，而應(yīng)該抓住解此類問題的核心（溶液中的三大守恒）。

［1］ 中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）［M］.北京：人民教育出版社，2003.4

［2］ 王祖浩.化學(xué)反應(yīng)原理［M］.南京：江蘇教育出版社，2006.6

［3］ 江蘇省考試院.江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）2011說明 ［M］.南京：江蘇教育出版社，2010.12