數(shù)軸法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

〔關(guān)鍵詞〕 化學(xué)教學(xué)；數(shù)軸法；應(yīng)用

〔中圖分類號(hào)〕 G633.8 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 C

〔文章編號(hào)〕 1004—0463（2013）11—0084—01

數(shù)軸作為數(shù)學(xué)工具，不僅用于解決數(shù)學(xué)問題，而且在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中也有較為廣泛的應(yīng)用。

在比較物質(zhì)氧化性（或還原性）強(qiáng)弱時(shí)，考慮到最高價(jià)態(tài)的元素只具有氧化性，最低價(jià)態(tài)的元素只具有還原性，具有中間價(jià)態(tài)的元素及其化合物在一定條件下，既可能表現(xiàn)氧化性，也可能表現(xiàn)還原性，所以發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，以元素相鄰價(jià)態(tài)間的轉(zhuǎn)化最容易。同種元素的相鄰價(jià)態(tài)之間不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同種元素不同價(jià)態(tài)若能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，元素的化合價(jià)只靠近而不交叉。這些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生記憶起來較麻煩，而利用數(shù)軸處理這些問題，圖象直觀、區(qū)間明顯，從而使復(fù)雜問題簡單化，抽象問題直觀化，往往可以大大提高解決問題的速度，起到事半功倍的效果。

案例1 已知反應(yīng)KClO3 + 6HCl = KCl+3Cl2↑+3H2O

（1）標(biāo)出該反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

（2）反應(yīng)中被氧化的氯原子和被還原的氯原子個(gè)數(shù)比是多少？

解析：同種元素不同化合價(jià)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，元素化合價(jià)變化遵循只靠近不交叉的原則，即“歸中”規(guī)律。“歸中”規(guī)律在氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)中具有重要地位，它是氧化還原反應(yīng)中標(biāo)注電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)，是正確解答有關(guān)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物及還原產(chǎn)物的比值等問題的基礎(chǔ)。高一學(xué)生對(duì)這一規(guī)律往往不能準(zhǔn)確理解運(yùn)用，導(dǎo)致在解決實(shí)際問題時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

解法一：

得出反應(yīng)中被氧化的氯原子與被還原的氯原子的個(gè)數(shù)比為6∶1。

解法二：

由雙線橋上標(biāo)注的電子數(shù)可知，反應(yīng)中有5個(gè)氯原子化合價(jià)升高被氧化，有1個(gè)氧原子化合價(jià)降低被還原，即反應(yīng)中被氧化的氯原子與被還原的氯原子的個(gè)數(shù)比為5∶1。

教學(xué)評(píng)價(jià)：案例中電子轉(zhuǎn)移的標(biāo)法有兩種狀況。這兩種電子轉(zhuǎn)移的標(biāo)法都遵循“得失電子總數(shù)相等”的基本原則，但是顯然只有一種電子轉(zhuǎn)移的標(biāo)法是正確的，符合客觀實(shí)際。

第一種解法中，氯元素的化合價(jià)一部分由-1價(jià)升高到0價(jià)，另一部分由+5價(jià)降低到-1價(jià)，出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象，在數(shù)軸上作如下表示：

第二種解法中，氯元素的化合價(jià)一部分由-1價(jià)升高到0價(jià)，另一部分由+5價(jià)降低到0價(jià)，靠近而不交叉，在數(shù)軸上作如下表示：

教學(xué)小結(jié)：同種元素不同化合價(jià)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，化合價(jià)發(fā)生了交叉，這是不允許的。利用數(shù)軸分析法能更直觀地體現(xiàn)化合價(jià)變化的“靠近”和“交叉”，有效地解決對(duì)歸中規(guī)律的理解問題。

學(xué)生反饋：這種利用數(shù)軸分析法解讀歸中規(guī)律，簡單易學(xué)，容易理解、接受，從而快速掌握這一重要規(guī)律。

案例2 向含有0.1molFeBr2的溶液中通入0.1molCl2，求被氧化的Br-的物質(zhì)的量。

解析：1.Cl2通入FeBr2的溶液中可能發(fā)生的反應(yīng)及Cl2和FeBr2物質(zhì)的量的比值。

（1）6FeBr2+3Cl2=4FeBr3+2FeCl3.■=2

（2）2FeBr2+3Cl2=2Br2+2FeCl3.■=■

2.在數(shù)軸上找出 n（Cl2）：n（FeBr 2）所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并將對(duì)應(yīng)的物質(zhì)填在上面，這樣整個(gè)數(shù)軸分成3部分。

3.由數(shù)軸可以清楚地看出：當(dāng)n（Cl2）∶n（FeBr 2）=1∶1時(shí)，F(xiàn)e2+全部被氧化，Br- 部分被氧化。

4.可設(shè)被氧化Br- 為x mol，則有

a Fe2+ + x Br- + b Cl2 = a Fe3+ + 2bCl- + x/2 Br2

有電子守恒，可知a + x = 2b 即0.1 + x = 2×0.1；x = 0.1

則被氧化的Br- 為0.1mol。

綜上所述，數(shù)軸法應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)中，的確可以將許多問題直觀、形象、簡明化。所以，我們要善于思考，巧妙地利用數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問題。

編輯：張 昀