李成剛

（江蘇省淮陰中學(xué) 江蘇 淮安 223002）

化學(xué)反應(yīng)原理是化學(xué)課程中的難點(diǎn)，很抽象，學(xué)生難于理解和掌握，雖然在教學(xué)中有實(shí)驗(yàn)演示、動(dòng)畫模擬等多種教學(xué)手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和感知，但是在具體的問(wèn)題和練習(xí)中，僅靠想象和理解，難免不出差錯(cuò)。如果我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中巧妙地運(yùn)用建模法幫助學(xué)生去建立典型模型，深化理解原理，復(fù)雜的問(wèn)題就會(huì)簡(jiǎn)單化。本文通過(guò)原電池原理的課堂教學(xué)舉例，來(lái)闡述建模法在化學(xué)反應(yīng)原理中的具體應(yīng)用方法。

一、建模法內(nèi)涵及其意義

建模法就是利用化學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題的一種實(shí)踐。即通過(guò)抽象、簡(jiǎn)化、假設(shè)等處理過(guò)程后，將某類實(shí)際問(wèn)題用具體方式表達(dá)，建立起化學(xué)模型，然后運(yùn)用類比的方法對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行處理，找出解題的方法和思路。其認(rèn)識(shí)的過(guò)程如下：

1．建模法由具體事例出發(fā)，通過(guò)抽象、概括建立典型模型，從而深化理解化學(xué)原理，并用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，符合認(rèn)知規(guī)律，即由學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，再由理性認(rèn)識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，并且在實(shí)踐中檢驗(yàn)、糾正對(duì)原理的理解。

2．青少年學(xué)生的形象思維活躍，但抽象思維尚未成熟，所以對(duì)抽象的原理理解具有一定的難度。而建模教學(xué)法正是通過(guò)對(duì)抽象的原理建立具體的模型來(lái)幫助學(xué)生理解原理，達(dá)到化繁為簡(jiǎn)、化難為易的效果。

3．在建模法應(yīng)用過(guò)程中必須遵循由個(gè)體到一般、由典型到普遍，由易到難、由簡(jiǎn)單到綜合的螺旋式上升的原則，使教學(xué)模型通過(guò)學(xué)生的討論、思考在腦海不斷清晰并逐漸內(nèi)化，忌不顧客觀規(guī)律、盲目提高難度，結(jié)果適得其反。

二、建模法在原電池原理教學(xué)中的應(yīng)用

1．呈現(xiàn)事例，引導(dǎo)學(xué)生理解原電池原理

在教材銅鋅原電池裝置中，由于鋅是活潑金屬，容易失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，作為原電池的負(fù)極。鋅棒失去的電子沿導(dǎo)線流到銅棒表面，然后溶液中的Cu2+在銅棒的表面上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，不活潑金屬銅作為原電池的正極。在溶液中，由于銅棒上聚集了電子，所以，溶液中陽(yáng)離子移向銅棒（正極）；鋅棒附近產(chǎn)生了大量的Zn2+離子，吸引溶液中的陰離子，所以陰離子移向鋅極（負(fù)極）。陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)從而在溶液中形成了由鋅棒指向銅棒的電流。原電池中外電路的電流是由電子的定向移動(dòng)傳導(dǎo)，內(nèi)電路的電流是由自由離子的定向移動(dòng)傳導(dǎo)，內(nèi)電路的電流與外電路的電流方向相反，并因此形成一個(gè)閉合的回路。在應(yīng)用中我們可以將實(shí)際問(wèn)題與銅鋅原電池這個(gè)模型相對(duì)照，問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。

2．認(rèn)識(shí)提升，引導(dǎo)學(xué)生建立原電池模型

（1）確定原電池電極

方法一：根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定，一般情況下：

①對(duì)于金屬——金屬電極，活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬是正極；

②對(duì)于金屬——非金屬電極，金屬是負(fù)極，非金屬是正極，如干電池等；

③對(duì)于金屬——化合物電極，一般金屬是負(fù)極，化合物是正極。

方法二：根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定

失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負(fù)極；得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極。

（2）確定電極反應(yīng)及其產(chǎn)物

負(fù)極：還原性物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)需要考慮溶液中的微粒參與電極反應(yīng)，如：

①活潑金屬做負(fù)極反應(yīng)物：M-ne-=Mn+［若在堿性條件下則為：M-ne-+nOH-=M（OH）n］

②氫氣做為負(fù)極反應(yīng)物，若溶液為酸性或中性，則為H2-2e-=2H+，若溶液為堿性，則為H2-2e-+2OH-=2H2O

③甲烷燃料電池 （用熔融KOH做電解質(zhì)）：CH4+10OH--8e-=+7H2O

……

正極：氧化性物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，同時(shí)要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，如：

①非氧化性酸：2H++2e-=H2↑

②不活潑金屬鹽溶液：Mn++ne-=M

③中性、弱酸性條件下氧氣為正極反應(yīng)物：2H2O+O2+4e-=4OH-

④酸性條件下氧氣為正極反應(yīng)物：4H++O2+4e-=2H2O

……

經(jīng)過(guò)對(duì)課本中具體事例的理解、概括和深化，我們可以建立原電池的典型模型如下：

3．舉例應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比的方法解決實(shí)際問(wèn)題

例如：新型的質(zhì)子交換膜二甲醚燃料電池有較高的安全性。 電池總反應(yīng)為：CH3OCH3+3O2＝2CO2+3H2O，電池示意圖如下,下列說(shuō)法不正確的是（ ）

A．a(chǎn)極為電池的負(fù)極

B．電池工作時(shí)電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極

C．電池正極的電極反應(yīng)為：4H++O2+4e-=2H2O

D．電池工作時(shí)，1mol二甲醚被氧化時(shí)就有6mol電子轉(zhuǎn)移

要解決上述問(wèn)題，我們可以從模型中找到方法。因?yàn)槎酌言诜磻?yīng)過(guò)程中失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入二甲醚的電極為負(fù)極，在電極反應(yīng)中碳元素由-2價(jià)被氧化為+4價(jià)，所以電極反應(yīng)可表示為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；氧氣在反應(yīng)過(guò)程中得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以通入氧氣的電極為正極，其電極反應(yīng)可表示為：3O2+12H++12e-=6H2O。反應(yīng)過(guò)程中，質(zhì)子向正極移動(dòng)，電流由b極沿導(dǎo)線經(jīng)燈泡再到a極。1mol二甲醚被氧化時(shí)就有12mol電子轉(zhuǎn)移。所以上題的答案應(yīng)為D。

總之，建模法是化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中最為有效的方法之一，它是通過(guò)學(xué)生對(duì)已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的歸納、總結(jié)，由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，建立具體模型，再用具體模型與實(shí)際問(wèn)題相類比，達(dá)到解決問(wèn)題的一種高效的教學(xué)方法。不光在原電池原理的課堂教學(xué)中建模法有著重要作用，在電解、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、鹽類的水解、難溶電解質(zhì)的溶解平衡等其他原理的課堂教學(xué)中同樣會(huì)起到重要作用。建模法能有效地提高化學(xué)課堂的教學(xué)效益，化解學(xué)生學(xué)習(xí)上的難點(diǎn)，有利于學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)原理，提高學(xué)習(xí)的效率和成績(jī)。