多角度解题对学生证据推理与模型认知核心素养的培养

闫秀茹 孙文平

新课标下的高中化学教学，要注重在平时教学中培养学生化学学科核心素养。培养学生证据推理与模型认知，科学探究与创新意识，可进一步拓宽思维的深度和广度，训练学生思维的灵活性和敏捷性，学生在求异中归一，在求同中建模，既能冲破现有知识经验的局限，发挥出创造性，又能总结试题规律，构建解题模型。

在教学中利用“一题多解”能较好地培养学生的创新思维，“多解归一”又能促进学生养成证据推理素养。本文以高中化学元素化合物教学中“一题多解、多解归一”的思想谈谈对学生化学核心素养培养。

题目 部分氧化的Fe-Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共8.0 g，进行如图1所示处理，求标准状况下产生气体的体积。

分析 本题起始反应物质为Fe、Cu、Fe2O3、CuO，因為样品中加入足量稀硫酸且滤液A中不含Cu2+，所以滤渣仅为Cu，故m（Cu）=3.2g，又因为Fe3+与Cu反应，所以滤液A中无Fe3+，只有Fe2+，根据铁元素的性质可知，灼烧后得到的固体为Fe2O3，m（Fe2O3）=6.4 g，利用铁元素守恒可得样

品中铁元素共为：n（Fe）=2×6.4g/160 g·mol-1=0.08 mol，总质量为：m（Fe）=0.08 mol×56 g·mol-1=4.48 g，根据质量守恒得：m（O）=m（总）-m（Cu）-m（Fe）=8.0 g-3.2 g-4.48 g=0.32g，n（O）=0.32 g/16 g·mol-1=0.02 mol。基于以上的分析，笔者根据平时的教学思考，总结出以下五种方法，供大家参考。

一、利用化学方程式转化关系解题

根据以上分析，本题可简化为以下三个化学方程式，同时设Fe2O3为x mol，CuO为y mol，则有下列关系：

①Fe+Fe2O3+6H+3Fe2++3H2O

xx3x

②Fe+CuO+2H+Fe2++Cu+H2O

yyy

③Fe+2H+Fe2+

+H2↑

0.08 mol-（x+2x+y）mol

根据化学方程式，参加反应①②的铁元素物质的量为：n（Fe）=n（Fe）+2n（Fe2O3）+n（CuO）=（x+2x+y）mol，根据反应的数量关系可以看出，这部分铁元素的物质的量恰好等于原样品中氧元素的物质的量，也等于生成H2O的物质的量，即n（O）=（3x+y）mol=0.02 mol，产生的氢气等于发生反应③的单质铁的物质的量，即： n（H2）=

0.08 mol-（x+2x+y）mol=0.06 mol。

二、利用电子转移守恒解题

分析本题中各物质电子转移情况可知，失电子物质为单质铁，铁化合价由0升高到+2，失电子的物质的量为2×（0.08-2x）mol，得电子的物质分别为Fe2O3、CuO和H+，共得到电子的物质的量为＼[2x+2y+2n（H2）＼]mol，根据电子转移守恒可得：2×（0.08-2x）=2x+2y+2n（H2），结合3x+y=0.02可得： n（H2）=0.06 mol。

三、利用元素等效法解题

原样品和硫酸反应后最终产物为FeSO4、Cu和H2，分析产物化合价特点，可以将原来的样品等效为只有Fe、Cu和FeO，其中FeO反应对应产物为FeSO4，单质铁对应产物为H2，因为上述分析中氧元素为0.02 mol，则氧化亚铁为0.02 mol，即n（FeO）=0.02 mol ，所以单质铁物质的量为：n（Fe）=0.08 mol-0.02 mol=0.06 mol，所以n（H2）=0.06 mol。四、利用始态和终态分析解题

经过上述分析，未被氧化前样品为Fe和Cu，根据原子守恒，两者的物质的量分别为0.08 mol和0.05 mol，由于被氧化，所以部分转化为Fe2O3和CuO，因为氧化物中氧元素为n（O）=0.02 mol，分析氧元素来源于氧气，故可理解为0.01 mol O2氧化了金属混合物，所以样品混合物与H+反应，可理解为0.08 mol Fe、0.05 mol Cu、0.01 mol O2及H+反应生成FeSO4、Cu和H2，根据电子转移守恒规律，即铁失去的电子物质的量等于消耗氧气得到电子和生成氢气得到电子的总和，可得：0.08×2=0.01×4+2n（H2），故n（H2）=0.06 mol。

五、利用原子守恒解题

分析H2SO4的变化可知，最终在溶液中反应的H2SO4都生成FeSO4和H2O，因n（Fe）=0.08 mol，所以FeSO4为0.08mol，也就是说H2SO4反应了0.08 mol，H+反应了2×0.08 mol=0.16 mol，H2SO4中氢元素一部分转化成氢气，一部分转化成水，根据原样品中氧原子守恒可知n（H2O）=0.02 mol，所以n（H2）=（0.16 -2×0.02）/2 mol=0.06  mol。

以上五种方法从五个不同的角度进行解题，构建了不同的解题模型，有利于不同认知水平的学生创新思维能力的培养。这些解题模型的建立还可以解决如碳酸钠与酸的反应，二氧化碳与碱的反应，铝离子与强碱的反应，偏铝酸钠与强酸的反应等有中间反应的计算，教师可根据学生的个性差异选择不同的方法介绍。

在全面推进素质教育，深化新课程改革的形势下，新课标对学生的创新思维能力有明确要求。独特的解题方法就是解决问题的思维过程，它不仅能解释物质变化的微观本质，而且能产生具有明显意义的新颖的思维成果，在课堂中激发学生的创造力。

基金项目：本文系黑龙江省教育科学“十四五”规划2021年度重点课题《基于化学核心素养下高效优质课堂模式构建的探索研究》阶段成果（课题立项号： JJB1421160）

（收稿日期：2021-08-10）