基于建模思想解決陌生方程式的書寫問題

唐朝軍

摘 要：旨在提高學生的陌生方程式書寫能力，契合三守恒原則，建立處理陌生方程式建模思想，有效解決這類問題，提高學生守恒觀、變化觀和證據推理等核心素養。

關鍵詞：建模；陌生方程式；核心素養

2018年1月16日，教育部頒發了《普通高中課程方案和課程標準（2017版）》。高中課標指出化學學科核心素養包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新認識”“科學態度與社會責任”，陌生方程式的書寫能力有力體現出高中生的“平衡觀”“變化觀”“證據推理”等核心素養。因此，在高考中的每年各省化學試卷中對陌生化學方程式書寫的考查中都有較大分值。陌生方程式的書寫，很多老師也是非常重視，但在實際的考試中收效不大，很多考生在考試中對于陌生方程式的書寫仍是一籌莫展。原因是陌生方程式的考查是多面的，本身對學生的能力要求比較高，陌生情景下需要學生在較短的時間內內化信息，做出適當的判斷和很強的守恒觀念才能正確地解決這類問題。研究表明，學生在解決化學問題時往往使用頻率最高的解題策略是模型匹配策略，即學生通過有限的思維過程后找到與當前問題相匹配的模型而進行的問題解決策略[1]。因此，對于陌生反應方程式的書寫有必要建立一個良好的思維模型，借助化學建模來解決實際問題[2]。

采用建模思想，對化學問題中次要的非本質的信息舍去，使本質性的知識變得清晰，容易納入學習者的已有知識框架中，因此學習者的學習是非常有效的。學生在陌生情景下的方程式如果能正確應用建模思想，往往事半功倍，快速建立學習成就感，就是處理復雜的氧化還原離子方程式也能立竿見影。

一、模型的建立

根據已有信息，寫出反應物和產物，初步建立反應框架，再根據三守恒（注意有序），逐層判斷和驗證，保證得到的方程式是正確的（如下圖）。如果不涉及氧化還原反應，直接跳過，如果涉及，先根據升降法得到變價物質的化學計量數，在此過程中，變價物質的形式也可以檢驗出形式是否正確，如果正確進行下一環節，根據所給信息，明確體系環境，補充離子形式，再次對原料和產物進行適當的調整；最后根據元素守恒得到最終的方程式。

二、模型的應用

通過這種模型的建立，學生對于難度較大的氧化還原反應和電極反應也能信心十足。下面通過幾例高考試題作以例證。

【2017年全國新課標Ⅰ27（6）】寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式 。

初步原料和產物：FePO4+Li2CO3+H2C2O4——LiFePO4，鐵由+3價轉化為+2價，化合價降低推斷，H2C2O4中碳化合價升高為+4價即CO2，得到FePO4——LiFePO4+CO2，根據得失電子守恒，可得：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4——2LiFePO4+2CO2。

由于不是離子方程式，電荷守恒跳過，直接元素守恒，補H2O和CO2，可得：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4=2LiFePO4+3CO2+H2O。

【2017年4月浙江選考】據文獻報道，CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，生成甲烷的電極反應式是 。

初步原料和產物：CO2——CH4。

由于為電極反應得失電子守恒調整為得失電子，碳元素的化合價由+4價轉化為-4價，降低8價，即CO2得8e-，表達為CO2+8e-——CH4。

可視為得失電子守恒，進入電荷環節，左側電荷量為-8，右側為0，體系環境為堿性，所以用OH-調整電荷守恒，即右側補8OH-，可得CO2+8e-=CH4+8OH-，最后，根據氫元素守恒，左側補6H2O，最終得CO2+6H2O+8e-=CH4+8OH-。

三、反思

由于學生在進入高中之前，最先接觸的是元素守恒，所以陌生方程式的處理時，往往是元素守恒優先，在方程式書寫中屢屢受挫，采用建模思想能夠使學生更深刻體會化學核心素養，建立更好的守恒觀和變化觀，樹立化學信心。高中生所見的方程式種類多，離子方程式和非離子方程式、氧化還原方程式和非氧化還原方程式、電極方程式等。學生可根據相應方程式的特點對模型作相應的調整，省略相應的守恒環節，節省時間，對于比較簡單的方程式，也可直接應用某一守恒來直接解決問題。總之，在高中階段讓學生建立建模思想，有利于提高解決問題的能力，也有利于學生能力的培養。

參考文獻：

[1]袁野.高中生化學問題解決中建模能力的研究[D].揚州大學，2009.

[2]麥裕華.高中化學氧化還原反應方程式配平技能學習進階的探討[J].化學教育，2014（17）：20-23.

編輯 魯翠紅