基于模型構(gòu)建的化學習題教學示例

顧黎穎 張紅俊

摘 要：高中化學習題教學是以學生已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過習題設(shè)計對化學知識進行鞏固訓練，以達到提升學生學習化學的興趣。但是高中化學知識重難點多且很抽象，若在習題教學中幫助學生構(gòu)建并運用思維模型，創(chuàng)新解題思路和方法，既可以事倍功半，又可以提升學生化學學科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：模型構(gòu)建；習題教學；問題解決

模型認知是學習化學的思維核心，它既是一種重要的化學核心素養(yǎng)，也是學生學好化學必須具備的一種能力。高中化學重難點多，例如離子濃度的大小比較、化學平衡的移動等等一直都是學生的失分點。幫助和引導學生構(gòu)建思維模型，則可以將問題解決層次化、簡單化，不僅可提升學生的解題能力，還提升了學生模型構(gòu)建能力，培養(yǎng)了學生的化學核心素養(yǎng)。

一、構(gòu)建模型，使問題解決層次化

江蘇高考14題是離子濃度大小比較，這個考點一直是高考的熱點和難點。中學階段多是在了解溶質(zhì)相對量的基礎(chǔ)上，借助于列電荷守恒式和物料守恒式、以及數(shù)學上的等量代替來解決，也有的老師還補充介紹質(zhì)子守恒。但都囿于學生概念理解不清（如“弱電解質(zhì)的電離、離子的水解是微弱”的、“電離”和“水解”的相對強弱）、解決問題的思維和方法混亂而不能正確判斷。因此有必要在習題教學中構(gòu)建離子濃度大小關(guān)系比較的模型，使問題解決層次化。實際上，離子濃度的大小比較可用如下模型來表示：[溶液中強電解質(zhì)電離產(chǎn)生的不水解也不電離的離子]>[溶液中強電解質(zhì)電離產(chǎn)生的可水解或可電離的離子（原始量越多，離子濃度越大，原始量相同，則不電離也不水解的離子濃度大于電離的或水解的離子數(shù)目）]>[弱電解質(zhì)電離或水解產(chǎn)生的微粒（根據(jù)電離或水解的程度以及溶液的酸堿性綜合比較（需考慮水本身電離產(chǎn)生的離子）]。

由模型可知：①原來強電解質(zhì)產(chǎn)生的離子原始量越多則濃度越大，原始量相同則不電離也不水解的離子濃度大于繼續(xù)電離的或水解的離子濃度；②原來強電解產(chǎn)生的離子一定大于由其派生出來的一些離子；③派生出來的離子濃度都很小，需綜合考慮電離或水解的程度以及溶液酸堿性有關(guān)信息、派生產(chǎn)生的離子的來源等等。

模型應(yīng)用：如例1，25℃時0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中：由①可知c（Na+）>c（CO）；由②可知c（CO）>c（OH-），c（CO）>c（HCO）；由③可知，c（OH-）是由CO、HCO 兩步水解產(chǎn)生的，因此c（OH-）>c（HCO）；所以有c（Na+）>c（CO）>c（OH-）>c（HCO）。

由此可知，要比較離子濃度的關(guān)系，首先必需要明確三個問題：首先不管是單一溶質(zhì)的溶液還是混合后的溶液，也不管混合后有無發(fā)生化學反應(yīng)，必需明確最終溶液中的溶質(zhì)是什么？相對量各是多少？哪些微粒會發(fā)生水解或電離？溶液的酸堿性如何？并且需特別注意的是原來強電解質(zhì)電離產(chǎn)生的相比較而言都是大量的，即使產(chǎn)生的有些離子水解或再電離；還需明確水解或電離是很微弱的，即使發(fā)生水解或電離的微粒原來量很多，但由此派生出來的離子的濃度都是很小的，同時必需借助于溶液的酸堿性、以及離子的來源來進一步判斷原本濃度很少的離子濃度的大小。

如例2，25℃時， 將0.1 mol·L-1 NH4Cl溶液和0.1 mol·L-1的氨水等體積混合，pH>7的溶液中，原來強電解質(zhì)產(chǎn)生較多的且相等的c（NH）和c（Cl-），但是由于pH>7，說明氨水的電離（產(chǎn)生NH）大于NH的水解（消耗NH），所以c（NH）>c（Cl-）；又溶液呈堿性，有c（OH-）>c（H+）；所以有c（NH）>c（Cl-）>c（OH-）>c（H+）。

且如例3，25℃時，將0.1 mol·L-1 CH3COOH與0.05 mol·L-1 NaOH溶液等體積混合（pH<7）中，首先分析反應(yīng)后的溶質(zhì)是等物質(zhì)的量濃度的CH3COOH和CH3COONa溶液，然后同上例，可知c（CH3COO-）>c（Na+）>c（CH3COOH）>c（H+）>c（OH-）。

很明顯，關(guān)注學生解決問題的思維模型構(gòu)建，關(guān)注學生解決問題的技巧與策略，有意識的培養(yǎng)學生的化學關(guān)鍵能力和學科核心素養(yǎng)，不僅是教師教學智慧、教學能力的體現(xiàn)，也是教師樹立為學生終身服務(wù)的教學思想的體現(xiàn)。

二、構(gòu)建模型，使問題解決簡單化

江蘇高考15題是與化學反應(yīng)速率和化學平衡有關(guān)，這個考點同樣也是一個難點和熱點問題。學生在解決此類題目經(jīng)常出現(xiàn)問題。原因在哪？一是因為學生未熟悉解決問題時需注意“變量控制”；二是未能理解化學平衡“等效”與“等同”的區(qū)別與聯(lián)系，甚至還不能理解“等效平衡”的概念；最主要的是沒有換一種思路來構(gòu)建一個等效平衡的思維模型。

模型構(gòu)建：教學時應(yīng)引導學生手腦并用，來構(gòu)建下列兩種化學平衡的思維模型。一是構(gòu)建恒溫恒容平衡思維模型（如圖1）。新平衡狀態(tài)可認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加并壓縮而成，相當于增大壓強。

二是構(gòu)建恒溫恒壓平衡思維模型（以氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)為例，見圖2）。新平衡狀態(tài)可以認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加，壓強不變，平衡不移動。

模型應(yīng)用：一定溫度下，在3個體積均為1.0 L的恒容密閉容器中反應(yīng)2H2（g）+CO（g）[]CH3OH（g） 達到平衡。下列說法正確的是

A.該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱。

B.達到平衡時，容器Ⅰ中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率比容器Ⅱ中的大。

C.達到平衡時，容器Ⅱ中c（H2）大于容器Ⅲ中c（H2）的兩倍。

D.達到平衡時，容器Ⅲ中的正反應(yīng)速率比容器Ⅰ中的大。

從變量控制的角度來分析，將Ⅲ中生成物全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物后，可知Ⅰ和Ⅲ起如投入量相同，但溫度不同；Ⅰ和Ⅱ溫度相同，起始投入量Ⅱ是Ⅰ的兩倍。對比Ⅰ和Ⅲ，平衡時c（CH3OH），Ⅰ>Ⅲ，而溫度Ⅲ>Ⅰ，可知A正確；對于B，由Ⅰ到Ⅱ，相當于模型1，可采用圖1模型，相當于增大壓強，平衡右移，B錯誤；Ⅲ中若溫度與Ⅰ相同，則根據(jù)B選項的解釋可知Ⅱ中c（H2）小于容器Ⅲ中c（H2）的兩倍，現(xiàn)Ⅲ中溫度升高，平衡左移，Ⅲ中c（H2）變得更大，所以C錯誤；至于D，由于投料等效，但是溫度Ⅲ中高，所以D正確。

使用上述模型需特別注意的是：構(gòu)建模型是一個虛擬的過程，因此此模型僅僅用來幫助我們判斷達到平衡時物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率、某物質(zhì)的百分含量等，不可以用來判斷反應(yīng)進行的方向。

如向上述Ⅲ平衡體系中再通入CH3OH，平衡 移動（填向左、向右、不），說說您的觀點。很明顯，增加生成物，平衡一定向左移動，顯然這是正確的，但是從剛才的模型1來看，相當于增大壓強，平衡卻是右移；但是在理解轉(zhuǎn)化率問題上則可以用模型1或是，例如（1）向上述Ⅲ平衡體系中再通入CH3OH，CH3OH的轉(zhuǎn)化率 ；（2）假如在恒溫恒壓下向上述Ⅲ平衡體系中再通入CH3OH，CH3OH的轉(zhuǎn)化率 （填增大、減小、不變、無法確定）。很明顯，對于（1），根據(jù)模型1，CH3OH的轉(zhuǎn)化率將會減??；對于（2），可根據(jù)模型2，平衡下移動，所以CH3OH的轉(zhuǎn)化率不變。

模型的構(gòu)建和使用是形成科學思維的重要途徑，但在化學習題教學的實踐中，教師卻很少關(guān)注。讓我們和學生一起關(guān)注“模型認知”或“基于模型的認知”，并致力于通過模型構(gòu)建，幫助學生形成解決相關(guān)問題的一般思路，有效地提高學生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1]2016年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試（江蘇卷）[J].化學，2016：15.

*本文系江蘇省中小學教學研究2013年度第十期課題“普通高中師生共建教學問題庫的實踐”、蘇州市教育科學“十三五”規(guī)劃重點課題《中學化學可視化教學策略研究》的階段性成果。