摘要：從中學(xué)化學(xué)熱重曲線問(wèn)題的類(lèi)型入手，根據(jù)試樣失重方式不同，分別利用待定化學(xué)式法和待定化學(xué)計(jì)量數(shù)法，結(jié)合具體例題探討解題模型的應(yīng)用過(guò)程及意義。指出解題模型能揭示熱重曲線的反應(yīng)規(guī)律，有助于學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)化思維，提高化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：待定法；熱重曲線；解題模型；試題解析

文章編號(hào)：1005–6629（2017）6–0086–05 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

中學(xué)化學(xué)熱重曲線試題是近年來(lái)高考化學(xué)試題的常見(jiàn)題型，它是以熱重法（TG）實(shí)驗(yàn)獲得的圖像數(shù)據(jù)為情境設(shè)計(jì)的試題。調(diào)研發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生畏懼此類(lèi)問(wèn)題，考試及作業(yè)都顯示熱重曲線問(wèn)題是學(xué)生解答錯(cuò)誤高發(fā)區(qū)。研究近幾年的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題的解題策略和技巧以差量法、試誤法、相對(duì)分子質(zhì)量（摩爾質(zhì)量）法、金屬元素守恒公式法[1]、物料守恒法[2]等為主，均以個(gè)例分析見(jiàn)長(zhǎng)，缺乏整體性的抽象概括，對(duì)學(xué)生思維能力要求較高，不利于學(xué)生接受。如何將這些不同的方法進(jìn)行有機(jī)整合，形成解決此類(lèi)問(wèn)題的一般思路和方法呢？我們認(rèn)為用待定法建立熱重曲線的解題模型可反映其本質(zhì)和規(guī)律，有助于化繁為簡(jiǎn)，抽象概括此類(lèi)問(wèn)題的解題思路，有助于發(fā)展學(xué)生的思維能力，提高化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。

1 熱重曲線試題的類(lèi)型

資料表明，中學(xué)化學(xué)熱重曲線試題最早出現(xiàn)在2000年廣東高考題中，研究近幾年中、高考試題發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)試題大多依據(jù)結(jié)晶水合鹽試樣熱重法實(shí)驗(yàn)圖像而編制。一般認(rèn)為加熱結(jié)晶水合鹽反應(yīng)可視為分三步進(jìn)行：第一步是脫去部分水，第二步是生成羥基鹽或含水鹽，第三步是生成金屬氧化物；如果熱重實(shí)驗(yàn)的氣氛為空氣，則加熱過(guò)程中可能被氧化，反應(yīng)將變得更復(fù)雜一些[3]?；诖?，我們認(rèn)為中學(xué)化學(xué)熱重曲線試題可分為兩類(lèi)。第一類(lèi)，試樣發(fā)生分解反應(yīng)，以脫水、分解等方式失重，氣氛物質(zhì)不參加反應(yīng)；第二類(lèi)，試樣發(fā)生氧化、還原等反應(yīng)，以氧化、還原等方式失重，氣氛物質(zhì)可參加反應(yīng)，如氧氣氧化[4]等。當(dāng)然也有試題形式上是兩者的結(jié)合，但本質(zhì)上可以分步處理，故仍屬于上述類(lèi)型。

2 基于失重方式建立熱重曲線解題模型

研究近十幾年來(lái)熱重曲線試題發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)問(wèn)題的共同特點(diǎn)是：要求解答者對(duì)熱重曲線進(jìn)行分析判斷并寫(xiě)出某變化的化學(xué)方程式或某溫度時(shí)物質(zhì)的化學(xué)式。明確考查問(wèn)題以后，理順解題思路是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。歸納多種解題策略和技巧，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)方法基于條件邏輯分析為主，沒(méi)有從熱重實(shí)驗(yàn)原理上分析熱重曲線變化的實(shí)質(zhì)，所以無(wú)法抽象概括其原理，因而顯得凌亂瑣碎。教育解釋學(xué)認(rèn)為要從根本上提高學(xué)生的思維能力，就要突出程序性知識(shí)和策略性知識(shí)的地位[5]。研究表明智力模型化有比程序性知識(shí)更加靈活的應(yīng)用，更能促進(jìn)知識(shí)的高路遷移，幫助學(xué)生解決問(wèn)題[6]。所以建立解題模型，無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)低耗高效提高效率的有效途徑。分析發(fā)現(xiàn)，熱重曲線試題基于熱重法實(shí)驗(yàn)的圖像數(shù)據(jù)，有確定的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，各固體殘留物間存在某些相同的本質(zhì)性的規(guī)律──失重，符合待定法的適用條件[7]，這為建立其解題模型提供可能。鑒于中學(xué)生書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式需要明確各物質(zhì)的化學(xué)式這一前提，針對(duì)以脫水、分解方式失重的第一類(lèi)試題，原固體試樣質(zhì)量等于殘留固體質(zhì)量和失重氣體質(zhì)量的總和，符合質(zhì)量守恒定律，用待定法設(shè)出各物質(zhì)的化學(xué)式，列化學(xué)方程式通式求解；而以氧化、還原方式失重的第二類(lèi)試題，由于實(shí)驗(yàn)氣氛物質(zhì)參與反應(yīng)，原固體試樣質(zhì)量并不等于剩余固體質(zhì)量和失重氣體質(zhì)量的總和，還有參加反應(yīng)的氣氛物質(zhì)的質(zhì)量，所以用待定法設(shè)出各物質(zhì)的化學(xué)式和各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，然后列化學(xué)方程式通式求解。解題模型如圖1所示。即無(wú)論試樣以何種方式失重，都可以通過(guò)待定法表示其化學(xué)方程式通式，然后求解。這種模型化思維方法有助于化繁為簡(jiǎn)，抽象概括此類(lèi)問(wèn)題的解題思路，幫助學(xué)生認(rèn)清熱重實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)規(guī)律，構(gòu)建高品質(zhì)思維結(jié)構(gòu)。

3 熱重曲線試題解題模型的應(yīng)用

基于熱重曲線試題的解題模型發(fā)現(xiàn)，熱重法實(shí)驗(yàn)中試樣的失重方式是解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵所在，所以分別以第一類(lèi)、第二類(lèi)及混合類(lèi)試題為例介紹其應(yīng)用過(guò)程。

3.1 固體試樣以脫水、分解等方式失重──待定化學(xué)式法

例1 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并被譽(yù)為“合金的維生素”。經(jīng)過(guò)熱重分析測(cè)得：NH4VO3在焙燒過(guò)程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線，如圖2所示。則NH4VO3在分解過(guò)程中 。

以上解題過(guò)程根據(jù)熱重曲線信息，基于試樣失重方式用待定法表示剩余固體物質(zhì)的化學(xué)式，然后列化學(xué)方程式求解。整個(gè)解題過(guò)程思路清晰，邏輯性強(qiáng)，符合中學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的思維習(xí)慣。所以通過(guò)待定法解答以脫水、分解方式失重的熱重曲線試題，能抽象概括出整個(gè)試樣失重過(guò)程，使熱重曲線解析有規(guī)律可循，有助于學(xué)生理解熱重曲線的實(shí)質(zhì)。

3.2 固體試樣以氧化、還原等方式失重──待定化學(xué)式和化學(xué)計(jì)量數(shù)法

例2 正極材料為L(zhǎng)iCoO2的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。但鈷的資源匱乏限制了其進(jìn)一步發(fā)展。Co（OH）2在空氣中加熱時(shí)，固體殘留率隨溫度的變化曲線，如圖3所示。已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時(shí)已完全脫水，則1000℃時(shí)，剩余固體的成分為 （填化學(xué)式，下同）；在350～400℃范圍內(nèi)，剩余固體的成分為 。

分析：MnCO3在空氣氣氛加熱過(guò)程中質(zhì)量分多步逐漸減少，根據(jù)條件知MnCO3先分解成氧化物然后氧化物再轉(zhuǎn)化為不同形式的氧化物。

第一步MnCO3固體試樣以分解方式失重生成固體氧化物和氣體化合物，設(shè)分解反應(yīng)后剩余固體氧化物化學(xué)式為Mn2Ox（x為Mn的化合價(jià)），氣體化合物化學(xué)式為C2O（6-x），用待定化學(xué)式法列化學(xué)方程式并將數(shù)據(jù)代入：

上例中，固體試樣先后以分解、氧化兩種不同的方式失重，分別根據(jù)質(zhì)量守恒定律利用待定化學(xué)式、待定化學(xué)式和化學(xué)計(jì)量數(shù)法分步分類(lèi)型求解，然后根據(jù)表示的化學(xué)方程式通式解答不同溫度時(shí)剩余固體成分和對(duì)應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

總之根據(jù)失重方式建立的解題模型，能幫助學(xué)生從圖像獲取有效信息，從宏觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)抽象概括出化學(xué)符號(hào)的微觀表征，能有效地幫助學(xué)生較快地解析熱重曲線問(wèn)題，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)有重要意義。

4 建立熱重曲線試題解題模型的意義

通過(guò)上述例題分析發(fā)現(xiàn)，熱重曲線試題的解題方法有一定的內(nèi)在規(guī)律，其解題模型如圖1所示。首先分析熱重曲線試題呈現(xiàn)的圖形、數(shù)據(jù)信息，判斷所選試樣以何種方式失重，如果固體試樣以脫水、分解等方式失重，可通過(guò)待定法設(shè)未知物的化學(xué)式，然后列化學(xué)方程式通式求解；如果固體試樣以氧化、還原等方式失重，可通過(guò)待定法設(shè)未知物的化學(xué)式和化學(xué)計(jì)量數(shù)，然后列化學(xué)方程式通式求解。如果試樣先后以兩種不同的方式失重，可分步運(yùn)用上述方法解答。總之運(yùn)用待定法建立熱重曲線解題模型符合中學(xué)化學(xué)計(jì)算的一般解題步驟，即先待定化學(xué)式和化學(xué)計(jì)量數(shù)再代入計(jì)算，與教材中例題解題順序不同，考查學(xué)生的逆向思維能力，符合科學(xué)探究要求中的假設(shè)-驗(yàn)證思維模式。該解題模型基于化學(xué)科學(xué)觀念──質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式計(jì)算，對(duì)復(fù)雜的熱重曲線問(wèn)題抽象概括出一般解題模型，有廣泛的適應(yīng)性和嚴(yán)密的邏輯性，有利于學(xué)生快速抓住問(wèn)題的核心形成有效的思路，有利于學(xué)生建構(gòu)清晰的思維結(jié)構(gòu)從而高效地解答。而差量法、相對(duì)分子質(zhì)量法要求學(xué)生對(duì)物質(zhì)的化學(xué)式較熟悉，而大多數(shù)中學(xué)生對(duì)陌生的中間產(chǎn)物往往很難快速作出判斷；試誤法缺乏目標(biāo)需要多次試驗(yàn)；公式法本質(zhì)上基于金屬元素守恒不考慮反應(yīng)過(guò)程，計(jì)算簡(jiǎn)潔明了，但是要求學(xué)生強(qiáng)化記憶公式，很難培養(yǎng)學(xué)生的思維能力；物料守恒法以確定某溫度時(shí)物質(zhì)中各元素原子個(gè)數(shù)比為突破口，能快速確定固體的成分，但對(duì)于多種成分同時(shí)失重或者確定失重的化學(xué)方程式有一定的局限。當(dāng)然利用待定法確定的解題模型計(jì)算量較大，對(duì)學(xué)生有一定計(jì)算能力要求，但是相對(duì)其他解法對(duì)思維能力的要求低，具有學(xué)科通識(shí)性，易于學(xué)生接受，特別是解答復(fù)雜的多步失重問(wèn)題更有優(yōu)勢(shì)，更能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)背后所蘊(yùn)涵的化學(xué)學(xué)科本質(zhì)和規(guī)律，有利于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科方法和建構(gòu)學(xué)科觀念。

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[7]百度百科待定系數(shù)法http：//baike.baidu.com/view/ 161511.htm.2016-12-6.