高中化学解题中建模思想的有效应用

杨 洋

(江苏省淮安市楚州中学 223200)

建模思想是一种运用模型分析、解决问题的思想.在教学实践中，教师应从模型构建、模型应用两个方面展开教学，深化学生对化学知识的认识与理解，提高学生建模思想应用意识，帮助其积累建模思想应用经验，促使学生的解题能力提升到一个新的高度.

1 氧化还原反应模型及应用

氧化还原反应是高中化学非常重要的模型.构建氧化还原反应模型应从化合价的变化判断出氧化剂和还原剂，其中氧化剂得到电子被还原对应还原产物；还原剂失去电子被氧化对应氧化产物.该模型牢记两个非常重要的关系：得失电子守恒关系和氧化性、还原性强弱关系.氧化剂得到的电子数目与还原剂失去的电子数目始终相等.同时，氧化剂的氧化性强于氧化产物，还原剂的还原性强于还原产物.守恒关系可用于相关参数的计算，氧化性还原性强弱关系可用于判断化学反应的先后顺序.当然应用氧化还原反应模型解题还应注重元素守恒的应用，以构建相关等式关系.

例1在适量的浓硝酸中融入一定量的金属铜，铜无剩余，测得生成了混合气体共1.8mol(含NO、N2O4、NO2).将得到的气体平均分成两份，一份与标准状况下8.96L氧气反应后用水吸收，无剩余气体；一份刚好被500mL 2mol/L的NaOH溶液吸收，生成含有NaNO2和NaNO3的盐溶液，则NaNO3的物质的量为( ).

A.0.1mol B.0.2mol C.0.3mol D.0.4mol

直接写出化学方程式还需配平，相对来说较为繁琐.运用氧化还原反应模型，氮元素守恒，分析两份气体的内在联系.同时，因气体和氧气反应后均转化成稀硝酸，采用整体思想，设出并求出氮元素化合价变化的平均值，借助钠元素守恒以及得知电子守恒，可顺利求解出结果.

2 离子方程式正误判断模型及应用

离子方程式正误判断是高中化学测试以及高考的参考题型.教学实践中教师应分析离子方程式书写时注意的事项，通过构建针对性模型，将判断正误的知识点系统起来，指引学生以后更好的解题.首先，分析物质状态，确定是否将物质拆分成离子形式.其中氧化物、易挥发物、难电离物质、难溶物质，不拆分.同时，对于生成物为气体、沉淀的应标明对应符号；其次，看参加反应物质的顺序、比例是否正确.对于有多种物质的存在的反应需根据氧化性、还原性强弱，判断反应顺序是否正确以及参与反应的物质关系、对应的生成物是否正确；最后，分析电荷是否守恒.离子方程式两边电荷应守恒.为使学生运用离子方程式正误判断模型全面的考虑问题，提高解题正确性，教师应做好典型例题讲解，做好习题中错误离子方程式的纠正.

例2下列离子方程式书写正确的是( ).

A.丙烯醛和足量溴水反应：

2Br-+2H++CH2BrCHBrCOOH

B.Na2O2固体投入到H218O中：

C.向Na2SO3溶液中通入少量Cl2：

D.用高锰酸钾溶液滴定草酸：

10CO2↑+2Mn2++8H2O

习题考查的知识点较多，包括有机物中的加成、氧化反应、物质自身的氧化还原反应、受物质的量影响的氧化还原反应.教师授课时需应用模型知识逐一进行分析，展示模型知识的具体应用.

解析A项有碳碳双键存在因此发生加成反应，Br2具有较强氧化性可将—CHO氧化成—COOH，正确；B项，反应中Na2O2既为氧化剂又是还原剂，水的化合价并未发生改变，正确的离子方程式为

错误；D项草酸为弱酸，离子式不拆开，错误.综上分析选择A项.

3 化学平衡模型及应用

化学平衡是高中化学的重难点.为提高学生解决化学平衡问题的能力，教学实践中，教师应与学生一起构建化学平衡模型，将相关因素对化学平衡的影响整合到一个模型之中，深化学生理解，为其灵活应用奠定坚实基础.温度、物质的量浓度、压强对化学平衡的影响从整体上遵循勒夏特列原理.但是对于压强这一因素较为特殊，如可逆反应是相对分子质量不变的反应，增大压强并不会影响化学平衡移动.另外，计算与化学平衡相关的参数，注重列出三段式，设出相关参数，结合题干条件构建、求解方程.对于范围类的问题可采用极限思维进行分析.

A.正反应吸热

B.甲容器压强增大可能由气体总物质的量增大引起

C.a点平衡常数K=12

D.气体总物质的量na

图1

以图像为背景考查学生化学平衡知识的掌握与理解情况，是化学平衡部分的常见题型.针对该题应找到引起图线变化的主要因素，借助化学平衡模型有效地切入，尤其通过分析图像参数、图线高低关系，找到隐含的物质的量关系.

4 原电池模型及应用

原电池模型是高中化学非常重要的模型.教学实践中，教师应注重预留空白时间要求，学生自己构建原电池模型，加深对原电池的深层次认识.根据物质元素化合价变化，确定失去电子和得到电子的物质以及电极名称.结合氧化还原反应模型可知，失去电子被氧化，得到电子被还原，即正负电极对应的反应类型为：还原反应、氧化反应.电子通过导线转移，但不过溶液.溶液中的离子按照阴向负，阳向正的原则移动，即阴离子向负极移动，阳离子向正极移动.对于相关物质参数的计算依据电极反应方程式进行.为锻炼学生的学以致用能力，教师应与学生一起完成相关例题的解答.

例4如图2为一种以MoS2为电极催化剂的Zn-NO电池系统.系统既能合成氨又能提供电能，工作原理如图2所示.其中双极膜可将水解离为H+与OH-，并实现定向通过，则以下说法不正确的是( ).

图2

A.电势Zn/ZnO电极低于MoS2电极电势

B.电池工作时NaOH溶液与Na2SO4溶液浓度均变小

D.电路通过1mol电子，整个电池系统质量会增大3g

由原电池模型能很快判断出电极的正负，NO→NH3的转化对应正极.判断物质浓度变化情况，结合电极反应方程式中的产物不难作出判断.结合氧化还原反应以及原电池模型，可顺利写出对应电极的电极反应方程式求出相关参数.

5 盐类的水解模型及应用

盐类的水解是高中化学较为抽象的知识点.教学实践中教师应构建盐类的水解模型，使学生牢记“越弱越水解，谁强显谁性”，理解该句话表示的含义.比较溶液中离子浓度大小应判断水解与电离之间的强弱关系、溶液的pH，借助电荷守恒、元素守恒、物料守恒做出判断.另外，教师应在学生牢记该模型相关规律的基础上，多组织学生训练，深化其理解，锻炼其解题能力，提高其解题水平.

例5将0.02mol/L的MOH溶液逐滴滴加到100mL0.01mol/L的HA溶液中.混合溶液pH和加入MOH溶液体积之间的关系如图3所示(忽略溶液体积变化)，则( ).

图3

A.MOH为一元强碱溶液pH和MOH体积关系图象

B.K点对应的溶液中：c(M+)+c(MOH)=2c(A-)

C.K点对应的溶液中：c(OH-)+c(MOH)-c(H+)=c(M+)

D.N点水的电离程度较K点水的电离程度小

结合物质的量浓度之间的大小关系以及图像pH分析出物质的强弱.同时，确定不同条件下溶液的中含有的物质，按照盐类的水解模型，构建离子浓度的相等关系，通过整合等式得出最终结果.

解析由图可知起初0.01mol/L的HA溶液的pH=2，表明其为强酸.当MOH和HA完全反应消耗50mL的MOH，由图可知对应的pH<7，表明MOH为弱碱.由反应可知K点为等物质的量的MOH、MA混合溶液，由物料守恒可得K点对应的溶液中：c(M+)+c(MOH)=2c(A-)，由电荷守恒关系可得：c(OH-)+c(A-)=c(M+)+c(H+)，因pH>7，则c(OH-)>c(H+)，联立可得c(OH-)+c(MOH)-c(H+)

综上所述，建模思想无论是深化学生理解，还是在提高学生解题能力上均有着积极促进的作用.教学实践中教师应将建模思想纳入教学重点，结合教学内容设计建模环节，鼓励学生做好化学模型的构建以及总结.同时，做好化学模型的应用讲解，使学生体会建模思想的重要价值，增强其学习与应用的自觉性.