高中化學教學中函數(shù)圖像的應(yīng)用

化學是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學，同時也是以研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律為主要目的的學科。在化學教學過程中尤其要注意知識點之間的穿插和關(guān)聯(lián)，要引導(dǎo)學生把相對瑣碎的化學知識關(guān)聯(lián)成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。對于高中化學，有很多學生往往感到知識繁瑣不得要領(lǐng)，如何幫助學生理清脈絡(luò)，是高中化學教育的重點和難點。函數(shù)圖像是數(shù)學解析幾何中表征變量之間關(guān)聯(lián)情況的一種數(shù)學表達式。函數(shù)圖象本身具有直觀形象、易于分析的特點，將其應(yīng)用于化學教學實踐中，能增進學生對于化學知識的理解。

一、運用函數(shù)圖像進行高中化學教學的意義

1.幫助學生更好地理解和掌握新知識

函數(shù)圖像能夠變抽象為具體直觀，利于引導(dǎo)學生思考，而且蘊含的信息量大，具有高度概括性，能夠幫助學生準確理解。

2.幫助學生加深對已有的相關(guān)知識點的理解

使學生能夠根據(jù)基本化學相關(guān)原理結(jié)合函數(shù)圖像分析化學變量之間的數(shù)學關(guān)系，并結(jié)合化學理論知識點，做到舉一反三。

3.運用函數(shù)圖像的思維轉(zhuǎn)換能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性地學習化學

高中化學教學中將化學概念轉(zhuǎn)為函數(shù)圖像或者是將函數(shù)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W語言來加以闡釋，能夠起到化難為簡的目的。

二、函數(shù)圖像在高中化學教學中的運用

1.函數(shù)圖像在化學概念教學中的應(yīng)用

在高中化學的基礎(chǔ)教學中，存在許多對于高中生來講比較晦澀的知識點。傳統(tǒng)的教學模式只是依靠單純的理論來進行概念闡述，往往使得學生對概念的理解相對模糊，從而影響其舉一反三。而利用函數(shù)圖像進行解釋，能夠促進學生對知識點的理解。

圖1 可逆反應(yīng)函數(shù)圖

例如，化學教學中的化學平衡這一概念，在特殊條件下發(fā)生逆反反應(yīng)的，此時正反應(yīng)和逆反應(yīng)之間的反應(yīng)速率相同，反應(yīng)混合物組分中的濃度及其含量維持不變的狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài)。但是該過程是一個動態(tài)平衡的狀態(tài)，在進行理論教學的時候，不太容易向?qū)W生講解清楚什么是動態(tài)平衡，學生對定義中所說的反應(yīng)混合物各組分濃度含量維持不變這一層意思容易理解成是混合物濃度完全相等。而如果換成函數(shù)進行闡述則能夠比較形象而直觀的表述這一概念，從圖1可以看出，某個可逆反應(yīng)，在初始狀態(tài)正反應(yīng)速率變大，逆反應(yīng)速率則變小，正反應(yīng)增大到某個時刻后，兩個方向的反應(yīng)則會相等，這個時候就處于化學平衡狀態(tài)。因此從函數(shù)圖像這一角度輔助分析化學平衡，容易直觀形象地描述動態(tài)平衡，使得學生便于理解。

2.函數(shù)圖像在化學解題中的應(yīng)用

在高中化學的判斷或計算問題中，經(jīng)常有關(guān)于分段函數(shù)的問題，這類問題的答案往往不是唯一的，而是需要分成函數(shù)段進行討論。

例如，將足量二氧化碳通入氫氧化鉀和氫氧化鈣的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量和通人的二氧化碳體積的關(guān)系圖應(yīng)該為怎樣的形狀。

圖2 沉淀物質(zhì)的量n與二氧化碳體積v之間的關(guān)系

解析：這是將酸性氣體通入堿的定量問題。當二氧化碳通人強堿溶液時，即刻有碳酸根離子生成，并與鈣離子相結(jié)合生成碳酸鈣，繼續(xù)通入二氧化碳后，能夠生成碳酸鉀和碳酸氫鉀，最后生成碳酸氫鈣，使得沉淀溶解。函數(shù)圖像如右圖所示。

3.函數(shù)圖像在化學規(guī)律教學中的應(yīng)用

例如，高中化學中吉布斯函數(shù)判據(jù)在化學熱力學中起著重要的作用。通過這些判據(jù)我們能夠獲知相應(yīng)條件下某種化學過程的方向和限度，所以理解和掌握它們是非常重要的。

判據(jù)可用于化學反應(yīng)自發(fā)性的判斷，考慮ΔH和ΔS兩個因素的影響，可分為以下四種情況：①ΔH<0，ΔS>0，ΔG<0，正向自發(fā)；②ΔH>0，ΔS<0，ΔG>0，正向非自發(fā)；③ΔH>0，ΔS>0，升溫至某溫度時，ΔG由正值變?yōu)樨撝担邷赜欣谡蜃园l(fā)；④ΔH<0，ΔS<0，降溫至某溫度時，ΔG由正值變?yōu)樨撝担蜏赜欣谡蜃园l(fā)。如下圖所示，小三角形面積表示ΔH，大三角形表示ΔS，而矩形則表示ΔG<0，這樣通過函數(shù)圖像的表示，使得原本復(fù)雜的判據(jù)變得相對直觀而一目了然，使得學生便于理解和記憶。

圖3 吉布斯函數(shù)判據(jù)

(責任編輯 羅 艷）