沈寶華

(福建省寧德市民族中學,福建 寧德 355000)

模型是對實際問題的抽象和簡化,每個模型都有自己的適用范圍和條件[1].化學是一門抽象的學科,化學問題的復雜性和抽象性使學生往往難以直觀地理解和掌握,因此,模型認知在化學學習中的應用是非常重要的.模型認知思維可以幫助學生將抽象的化學概念轉化為具體的形象,從而更好地理解和應用化學知識,高中化學中,模型認知是學生必須培養(yǎng)的核心素養(yǎng)[2].

1 建模思想在高中化學中的有效運用

化學模型對于解題具有十分重要的作用,下面選取兩個模型,結合理論和實證進行分析.

1.1 “工業(yè)生產和流程綜合推斷”模型運用研究

以工業(yè)生產為背景考查知識點,具有信息量多、綜合度高的特征,對考生的提取信息能力、分析信息能力以及歸納能力和問題解決能力提出了更高的要求.該類題多以流程圖或文字表述的形式呈現,核心的問題是“物質的轉化” 與 “物質的分離”,考查的知識點多涉及物質間轉化、物質與能量的轉化、對物質轉化的控制、物質的分離方法以及一些定量問題.對該類題搭建模型,可以幫助學生理順思路,其具體模型如圖1所示.

圖1 “工業(yè)生產和流程綜合推斷”模型圖

例1高純六水氯化鍶晶體可作有機合成的催化劑.工業(yè)上用難溶于水的碳酸鍶粉末為原料(含少量碳酸鋇、氧化亞鐵、二氧化硅等雜質)制備高純六水氯化鍶晶體,其過程如圖2所示.

圖2 高純六水氯化鍶晶體(SrCl2·6H2O)制備流程圖

已知:

Ⅰ.溫度為25 ℃時,氫氧化鐵的Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38,氫氧化亞鐵的Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-16.

Ⅱ．在溫度為61 ℃時,高純六水氯化鍶晶體會逐漸開始失去結晶水.

請回答以下問題:

(1)以SrSO4為主要成分的天青石,在經過多個步驟的反應之后,才能制備得到工業(yè)碳酸鍶.該過程的第一步是天青石和過量的焦炭反應被還原為硫化鍶,反應條件為隔絕空氣并微波加熱,請寫出該反應的化學方程式____.

(2)在圖2的制備流程圖中,①步驟是工業(yè)碳酸鍶的粉碎步驟,并且將粉碎之后的工業(yè)碳酸鍶加水配置為漿液,小明認為該步驟是為了加快反應步驟的進行,理由是____.

(3)在工業(yè)碳酸鍶的漿液中加入了工業(yè)鹽酸,并且得到了鍶元素的浸出率和溫度以及時間的關系,具體信息如圖3所示.

圖3 浸出溫度、時間對鍶浸出率的影響

根據圖3,可以得出合適的工業(yè)生產條件為____.

(4)步驟③中所得的濾渣主要成分,除氫氧化鐵之外,還有____(請?zhí)顚懳镔|的化學式);當溫度為 25℃,若要使Fe3+沉淀完全,則需要將溶液的pH調整為____(當某一離子的濃度降至1.0×10-5mol/L時,則可認為該離子已經沉淀完全).

(5)下列以下說法, ____是正確的.

A．步驟⑤在對SrCl2·6H2O晶體進行干燥時,可以采用減壓干燥的方法

B．在步驟④中,當進行冷卻結晶時,應通入HCl氣體

(6)如果需要獲得無水氯化鍶產品,則必須對高純六水氯化鍶晶體(SrCl2·6H2O)(M=267 g·mol-1)進行脫水處理.脫水過程首先需要在170 ℃溫度下進行預脫水處理,此時高純六水氯化鍶晶體的失重達到33.7%,則經過預脫水后,產物的化學式應為____.

小結對于一個完整的無機化工生產,其通常具有的流程如圖4所示.在進行該類題型的求解時,要結合模型,對五大步驟進行分析,從大量的信息中梳理出來相關的信息.而后運用已學知識進行求解.

圖4 無機化工生產流程圖

1.2 “蓋斯定律”模型運用研究

運用“蓋斯定律”進行相關運算的模型如圖5所示.

圖5 “蓋斯定律”模型圖

例2甲烷(CH4)與二氧化碳(CO2)重整是二氧化碳利用的研究熱點之一.該重整反應體系主要涉及以下反應:

根據蓋斯定律,反應a的ΔH1=____(寫出一個代數式即可).

解析根據模型進行分析.目標反應式為a,然后對其他反應式進行變換消元,可以得出a=b+c-e=c-d.根據蓋斯定律則有ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5=ΔH3-ΔH4.

小結對于該類題型,要結合模型流程進行分析.首先要確定需要研究的反應,確定其中反應物和生成物的狀態(tài)和化學計量數關系;然后再進行“消元加減”處理.

2 結束語

建模思維對高中學習至關重要,模型的運用可以將做題步驟流程化,降低題目的分析難度.然而,在化學學習的啟蒙階段,學生對于抽象概念的理解能力有限,模型認知思維的培養(yǎng)難度較大.因此,教師需要根據學生的認知水平和學習能力,采用適當的教學方法和策略,激發(fā)學生的興趣和好奇心,培養(yǎng)他們的模型認知思維能力.教師可以通過引導學生觀察、實驗、探索和討論,幫助他們建立起化學模型.同時,教師還應該將宏觀和微觀結合起來,引導學生從宏觀現象中推導出微觀模型,從而加深對化學知識的理解.