| 标题 | 建模思想在化学反应原理教学中的应用 |
| 范文 | 张美芳 在化学反应原理的教学中，大多数学生感觉化学知识点抽象，较难理解。在平时的教学中，虽有实验演示、动画模拟、实物投影等多种教学手段帮助学生学习，但是在具体的问题和试题中，仅靠想象和理解，难免会出差错。教师若在化学反应原理教学中，帮助学生建立化学模型，深化理解化学反应原理的相关知识，可以将复杂的化学问题简单化。 现行《化学考试大纲说明》中要求学生具备“能够将分析问题的过程和成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并作出解释的能力”。其实，这就是要求学生具备建构模型与应用模型的能力。本文通过几则具体的教学案例，初步阐述建模思想在化学反应原理教学中的应用。 一、化学建模 模型，中文原意即规范。按钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画。” 在查阅文献的基础上我们将化学建模定义为：在解决化学问题时，为了揭示事物的本质和研究的方便，用化学的语言、方法从复杂的化学问题、条件和现象中经过简化、抽象得出化学模型的过程就是化学建模。简而言之，化学建模就是化学模型建立的过程。 在应用化学模型解决具体问题时，首先要将待解决的化学问题转化为容易解决的模型问题，然后把解决模型问题中的分析方法或程序步骤迁移至待解决的问题中，从而形成解决实际问题的方案。应用模型的本质就是转化，其应用流程如图1所示。 二、建模思想在化学反应原理中的几则教学案例 1.建模思想在原电池教学中的应用 教材中出现的是Zn-Cu-稀硫酸原电池。因为锌是活泼金属，容易失去电子，发生氧化反应，作为原电池的负极。锌棒失去的电子沿导线流到铜棒表面，然后溶液中的H+在铜棒的表面上得到电子，发生还原反应，不活泼金属铜作为原电池的正极。在溶液中，由于铜棒上聚集了电子，所以溶液中阳离子移向铜棒（正极）；锌棒附近产生了大量的Zn2+，吸引溶液中的阴离子，所以阴离子移向锌极（负极），这就是“同种电荷相互排斥、不同电荷相互吸引”的物理模型在原电池知识中的应用。原电池中外电路的电流是由电子的定向移动传导，内电路的电流是由阴阳离子的定向移动传导，内电路的电流与外电路的电流方向刚好相反，因此形成一个闭合的回路。 通过对课本中Zn-Cu-稀H2SO4原电池具体案例的理解、概括和深化，我们可以建立原电池的教学模型如图2所示。 在解题过程中，学生可以将实际原电池问题与铜锌原电池这个模型相对照，相关试题便会迎刃而解。 2.建模思想在化学平衡试题中的应用 例1在恒温、恒容条件下，向1L密闭容器中加入1mol SO3气体，发生反应： 2SO3（g）2SO2（g）+O2（g），达到平衡后，再向容器中加入1mol SO3，SO3转化率如何变化？ 解析1 mol 1 L的SO3等效于2 mol 2 L SO3，建立等压压缩模型，如图3所示。 通过上述的等压压缩模型，得到结论：增加SO3的量相当于加压，平衡逆向移动，SO3的转化率减小。 最后，建立如下的解题模型：恒温恒容下的分解反应： aA（g）bB（g）+bC（g） 条件特点A的转化率 增加A的量 （相当于加压）a>b+c 增大 a=b+c不变 a A.等于p% B.大于p% C.小于p% D.无法确定 解析设甲、乙两容器中变化途径如下： 即：乙平衡在甲平衡的基础上，加压，对于反应2SO2+O22SO3，平衡右移，SO2的转化率增大，故乙容器中SO2的转化率大于p%。 最后，建立解题模型：对于气体系数减小的反应，恒压时平衡相当于在恒容时平衡的基础上加压。 3.建模思想在质子守恒试题中的应用 例30.1mol·L-1 HCN和NaCN混合溶液的质子守恒式 分别选择CN-和H2O为参考水准、HCN和H2O为参考水准（注意选择2个参考水准，分别用质子守恒示意图分析，如图5、图6所示）。 通常参考水准是选择原始的酸碱组分，大量存在并与质子转移直接有关的酸碱组分。在高中阶段，一般为能水解的阴离子和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浓度要减去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-浓度要减去0.1 mol·L-1 ） （1）式+（2）式得：c（HCN）+2c（H+）= 2c（OH-）+c（CN-），这就是0.1 mol·L-1 HCN和NaCN混合溶液的质子守恒式。 最后，建立混合溶液中质子守恒题的解题模型：解混合溶液中质子守恒这类题时，要求先分别选择2个参考水准，分别用质子守恒示意图分析，最后将得到的2个质子守恒式相加，即得到混合溶液中质子守恒式。 总之，建模思想和建模教学是化学反应原理教学中最有效的方法之一。它是通过学生对已有学习经验的归纳、总结，从感性认识上升到理性认识，建立具体的化学模型，再用具体的化学模型与实际问题相匹配或迁移，最终达到解决问题的一种科学的教学方法。 建模思想和建模教学能有效地提高化学课堂的教学效果，有利于学生深刻理解化学反应原理，提高学生的学习效率和成绩。 （收稿日期：2014-12-23） |
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