張美芳

在化學(xué)反應(yīng)原理的教學(xué)中，大多數(shù)學(xué)生感覺化學(xué)知識點(diǎn)抽象，較難理解。在平時的教學(xué)中，雖有實(shí)驗(yàn)演示、動畫模擬、實(shí)物投影等多種教學(xué)手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，但是在具體的問題和試題中，僅靠想象和理解，難免會出差錯。教師若在化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中，幫助學(xué)生建立化學(xué)模型，深化理解化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識，可以將復(fù)雜的化學(xué)問題簡單化。

現(xiàn)行《化學(xué)考試大綱說明》中要求學(xué)生具備“能夠?qū)⒎治鰡栴}的過程和成果，用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)并作出解釋的能力”。其實(shí)，這就是要求學(xué)生具備建構(gòu)模型與應(yīng)用模型的能力。本文通過幾則具體的教學(xué)案例，初步闡述建模思想在化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中的應(yīng)用。

一、化學(xué)建模

模型，中文原意即規(guī)范。按錢學(xué)森的觀點(diǎn)：“模型就是通過我們對問題的分析，利用我們考察來的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫?！?/p>

在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上我們將化學(xué)建模定義為：在解決化學(xué)問題時，為了揭示事物的本質(zhì)和研究的方便，用化學(xué)的語言、方法從復(fù)雜的化學(xué)問題、條件和現(xiàn)象中經(jīng)過簡化、抽象得出化學(xué)模型的過程就是化學(xué)建模。簡而言之，化學(xué)建模就是化學(xué)模型建立的過程。

在應(yīng)用化學(xué)模型解決具體問題時，首先要將待解決的化學(xué)問題轉(zhuǎn)化為容易解決的模型問題，然后把解決模型問題中的分析方法或程序步驟遷移至待解決的問題中，從而形成解決實(shí)際問題的方案。應(yīng)用模型的本質(zhì)就是轉(zhuǎn)化，其應(yīng)用流程如圖1所示。

二、建模思想在化學(xué)反應(yīng)原理中的幾則教學(xué)案例

1.建模思想在原電池教學(xué)中的應(yīng)用

教材中出現(xiàn)的是Zn-Cu-稀硫酸原電池。因?yàn)殇\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H+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，所以溶液中陽離子移向銅棒（正極）；鋅棒附近產(chǎn)生了大量的Zn2+，吸引溶液中的陰離子，所以陰離子移向鋅極（負(fù)極），這就是“同種電荷相互排斥、不同電荷相互吸引”的物理模型在原電池知識中的應(yīng)用。原電池中外電路的電流是由電子的定向移動傳導(dǎo)，內(nèi)電路的電流是由陰陽離子的定向移動傳導(dǎo)，內(nèi)電路的電流與外電路的電流方向剛好相反，因此形成一個閉合的回路。

通過對課本中Zn-Cu-稀H2SO4原電池具體案例的理解、概括和深化，我們可以建立原電池的教學(xué)模型如圖2所示。

在解題過程中，學(xué)生可以將實(shí)際原電池問題與銅鋅原電池這個模型相對照，相關(guān)試題便會迎刃而解。

2.建模思想在化學(xué)平衡試題中的應(yīng)用

例1在恒溫、恒容條件下，向1L密閉容器中加入1mol SO3氣體，發(fā)生反應(yīng)：

2SO3（g）2SO2（g）+O2（g），達(dá)到平衡后，再向容器中加入1mol SO3，SO3轉(zhuǎn)化率如何變化？

解析1 mol 1 L的SO3等效于2 mol 2 L

SO3，建立等壓壓縮模型，如圖3所示。

通過上述的等壓壓縮模型，得到結(jié)論：增加SO3的量相當(dāng)于加壓，平衡逆向移動，SO3的轉(zhuǎn)化率減小。

最后，建立如下的解題模型：恒溫恒容下的分解反應(yīng)：

aA（g）bB（g）+bC（g）

條件特點(diǎn)A的轉(zhuǎn)化率

增加A的量

（相當(dāng)于加壓）a>b+c 增大

a=b+c不變

a

例2體積相同的甲乙兩個容器中，分別都充有等物質(zhì)的量的SO2和O2，在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O22SO3并達(dá)到平衡。在這過程中，甲容器保持體積不變，乙容器保持壓強(qiáng)不變，若甲容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為p%，則乙容器中SO2的轉(zhuǎn)化率（ ）。

A.等于p% B.大于p%

C.小于p% D.無法確定

解析設(shè)甲、乙兩容器中變化途徑如下：

即：乙平衡在甲平衡的基礎(chǔ)上，加壓，對于反應(yīng)2SO2+O22SO3，平衡右移，SO2的轉(zhuǎn)化率增大，故乙容器中SO2的轉(zhuǎn)化率大于p%。

最后，建立解題模型：對于氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，恒壓時平衡相當(dāng)于在恒容時平衡的基礎(chǔ)上加壓。

3.建模思想在質(zhì)子守恒試題中的應(yīng)用

例30.1mol·L-1 HCN和NaCN混合溶液的質(zhì)子守恒式

分別選擇CN-和H2O為參考水準(zhǔn)、HCN和H2O為參考水準(zhǔn)（注意選擇2個參考水準(zhǔn)，分別用質(zhì)子守恒示意圖分析，如圖5、圖6所示）。

通常參考水準(zhǔn)是選擇原始的酸堿組分，大量存在并與質(zhì)子轉(zhuǎn)移直接有關(guān)的酸堿組分。在高中階段，一般為能水解的陰離子和H2O或者弱酸和H2O。

得（1）式：c（HCN）-0.1+c（H+）=c（OH-） （注意原溶液中有0.1mol·L-1的HCN，所以HCN濃度要減去0.1 mol.L-1 ）

得（2）式：c（H+）=c（OH-）+c（CN-）-0.1（注意原溶液中有0.1mol·L-1 的CN-，所以CN-濃度要減去0.1 mol·L-1 ）

（1）式+（2）式得：c（HCN）+2c（H+）=

2c（OH-）+c（CN-），這就是0.1 mol·L-1 HCN和NaCN混合溶液的質(zhì)子守恒式。

最后，建立混合溶液中質(zhì)子守恒題的解題模型：解混合溶液中質(zhì)子守恒這類題時，要求先分別選擇2個參考水準(zhǔn)，分別用質(zhì)子守恒示意圖分析，最后將得到的2個質(zhì)子守恒式相加，即得到混合溶液中質(zhì)子守恒式。

總之，建模思想和建模教學(xué)是化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中最有效的方法之一。它是通過學(xué)生對已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的歸納、總結(jié)，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，建立具體的化學(xué)模型，再用具體的化學(xué)模型與實(shí)際問題相匹配或遷移，最終達(dá)到解決問題的一種科學(xué)的教學(xué)方法。

建模思想和建模教學(xué)能有效地提高化學(xué)課堂的教學(xué)效果，有利于學(xué)生深刻理解化學(xué)反應(yīng)原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和成績。

（收稿日期：2014-12-23）