關(guān)于微觀模型的應(yīng)用例析

朱國(guó)定

化學(xué)是分子、原子層面研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及變化的一門(mén)學(xué)科，所涉及的眾多概念、定理和變化規(guī)律對(duì)學(xué)生而言相對(duì)較為抽象，僅僅利用精煉的化學(xué)語(yǔ)言難以深刻解釋其內(nèi)涵，而化學(xué)微觀模型則可以直觀展示物質(zhì)原型的具體形態(tài)，呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的具體過(guò)程，對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)微觀世界有一定的幫助，下面將結(jié)合實(shí)例講解微觀模型的應(yīng)用。

一、利用模型認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成

物質(zhì)是由眾多微粒所構(gòu)成的，這些微粒如分子、原子和離子是看不見(jiàn)的，學(xué)生所認(rèn)識(shí)的僅是宏觀意義上的概念，而利用微觀模型可以幫助學(xué)生更為直觀地認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成。對(duì)于一個(gè)特定的分子，根據(jù)微觀模型球的不同顏色和大小可以直接區(qū)分其原子構(gòu)成，認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)，為后續(xù)化合物的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

例1 醋是飲食調(diào)味品，其主要成分為乙酸，圖1所示是一個(gè)乙酸分子的微觀模型，其中“●”表示碳原子，“〇”表示氫原子，“·”表示氧原子，則下列選項(xiàng)的敘述不正確的是（）。

A.碳、氧、氫三種元素共同組成了乙酸分子

B.一個(gè)乙酸分子中碳原子、氫原子和氧原子的個(gè)數(shù)之比為1：2：1

C.乙酸分子是由碳原子、氫原子和氧原子共同構(gòu)成的

D.乙酸分子的相對(duì)分子質(zhì)量為60

解析 本題目考查利用微觀模型理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)，由乙酸分子的微觀模型圖可知，乙酸分子是由碳、氧、氫三種原子構(gòu)成的，不能將其說(shuō)成是元素組成分子。2個(gè)碳原子、4個(gè)氫原子和2個(gè)氧原子共同構(gòu)成1個(gè)乙酸分子，則乙酸分子的化學(xué)式為C2H2O2，故其原子個(gè)數(shù)之比為1：2：1，根據(jù)對(duì)應(yīng)元素的相對(duì)原子質(zhì)量可求得乙酸分子的相對(duì)分子質(zhì)量：12x2+4+16x2=60。答案：A。

二、利用模型分類化學(xué)物質(zhì)

化學(xué)物質(zhì)有很多種，從所含分子種類角度可以將其分為純凈物和混合物，從純凈物分子的組成元素或原子種類角度可以將其分為單質(zhì)和化合物，這些分類僅是宏觀的概念，用微觀模型則可以直接呈現(xiàn)分類的具體情況，對(duì)于深人理解物質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)有一定的幫助。

例2 （2018 年德州市中考卷第7題）圖2中的“O”和“國(guó)”分別表示不同元素的原子，則圖2所示的微觀示意圖能表示化合物的是（）。

解析 本題目考查利用微觀模型對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類，首先需要理解化合物的基本定義，化合物是由兩種或者兩種以上的元素組成，其次從化學(xué)微觀角度分析，化合物也是一種純凈物，故在同一容器內(nèi)只能是同種分子的混合。A圖是由一種原子構(gòu)成一種分子，表示的是單質(zhì);B圖是不同原子構(gòu)成的兩種不同的分子，表示的是混合物;C圖是由兩種不同原子構(gòu)成的同一種分子，表示的是化合物;D圖則是多種原子構(gòu)成了三種不同的分子，屬于混合物。答案：C。

三、利用模型理解化學(xué)變化

物質(zhì)變化分為物理變化和化學(xué)變化，其判定依據(jù)為是否有新物質(zhì)的生成，教材中化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)為：分子的破裂，原子的重新組合。對(duì)于該抽象概念則可以利用微觀模型來(lái)揭示，通過(guò)模型的直觀化來(lái)定量分析化學(xué)變化過(guò)程中原子的種類及數(shù)量的變化情況，從而將淺顯的定性認(rèn)識(shí)上升到深層的定量研究上，這對(duì)于后續(xù)的學(xué)習(xí)研究是十分重要的。

例3 （2018年山西省中考卷第6題）“厲害了，我的國(guó)！”我國(guó)航天技術(shù)迅猛發(fā)展，“天舟一號(hào)”與在軌運(yùn)行的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室首次實(shí)現(xiàn)成功交會(huì)對(duì)接，有力推動(dòng)了我國(guó)空間站建設(shè)的進(jìn)程。空間站里的O2源自電解水，所得H2與CO2反應(yīng)生成H2O和CH4，該反應(yīng)的微觀示意圖如圖3所示。依據(jù)圖示，下列敘述錯(cuò)誤的是（）。

A.反應(yīng)前后分子種類不變

B.原子可以構(gòu)成分子

C.反應(yīng)中分子可以再分

D.反應(yīng)前后原子種類不變

解析 上述微觀示意圖呈現(xiàn)的是H2與CO2反應(yīng)的微觀過(guò)程，考查利用微觀模型分析化學(xué)反應(yīng)。由微觀模型可知一個(gè)氫分子和一個(gè)二氧化碳分子反應(yīng)生成了一個(gè)水分子和一個(gè)甲烷分子，存在原有分子的破裂，原子重組為新的分子，反應(yīng)前后分子的種類發(fā)生了變化，但原子種類依然是H、O、C，且個(gè)數(shù)不變。由分子變化過(guò)程可知原子可以構(gòu)成分子，而分子可以分為原子，但原子不能再次分解。答案：A。

四、利用模型理解質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)較為重要的定律，對(duì)于任何化學(xué)反應(yīng)都遵循質(zhì)量守恒，即化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目都保持不變，微觀模型不僅可以對(duì)原子和分子的種類加以區(qū)分，而且可以直觀呈現(xiàn)原子和分子的數(shù)量變化，其定量分析化學(xué)變化的過(guò)程對(duì)于理解質(zhì)量守恒定律是十分有利的。

例4 （2018 年連云港市中考卷第9題）物質(zhì)a和b在一定條件下反應(yīng)生成c和d的微觀示意圖如圖4所示：

下列說(shuō)法正確的是（）。

A.物質(zhì)c是一氧化碳

B.該反應(yīng)不符合質(zhì)量守恒定律

C.該反應(yīng)前后，原子的種類發(fā)生改變

D.該反應(yīng)前后，分子的個(gè)數(shù)保持不變

解析 根據(jù)微觀模型結(jié)合所學(xué)知識(shí)可知發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為

2O2+CH4==c+2H2O

根據(jù)其元素種類可知物質(zhì)c可能是CO，也可能是CO2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)必須遵循質(zhì)量守恒，故反應(yīng)前后的原子種類和數(shù)量不變，選項(xiàng)B和C錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)中有新分子生成，但分子個(gè)數(shù)不一定保持不變，需根據(jù)具體的反應(yīng)分析，上述模型示意圖中分子的數(shù)量不變，均為2個(gè)，選項(xiàng)D正確。因此答案應(yīng)選D。

五、利用模型判定反應(yīng)類型

根據(jù)反應(yīng)物和生成物的類別和反應(yīng)前后的數(shù)量變化情況，將化學(xué)反應(yīng)分為了化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)四大類型。但從宏觀的定義描述難以理解其劃分標(biāo)準(zhǔn)和深層含義，而利用直觀的微觀模型則可以較為深刻地感受不同反應(yīng)類型的變化過(guò)程，輔助理解不同化學(xué)類型的特征。

例5 （2018 年德陽(yáng)市中考化學(xué)卷第4題）圖5所示是兩種氣體發(fā)生反應(yīng)的微觀示意圖，其中相同的球表示的是同種原子，則下列選項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.該反應(yīng)屬于化合反應(yīng)

B.反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目均不變

C.反應(yīng)物一定為氧化物

D.反應(yīng)前后各元素的化合價(jià)發(fā)生了變化

解析 本題目考查利用微觀模型分析化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)微觀模型可知反應(yīng)物是兩種單質(zhì)，而生成物為一種化合物，即反應(yīng)是兩種單質(zhì)反應(yīng)生成一種化合物的過(guò)程，A正確;化學(xué)反應(yīng)均遵守質(zhì)量守恒定律，即反應(yīng)前后的原子種類和數(shù)目不發(fā)生變化，B正確;由于模型中沒(méi)有標(biāo)明小球所表示原子的名稱，故不能斷定生成物為氧化物，C錯(cuò)誤;反應(yīng)物均為單質(zhì)，化合價(jià)一定為0價(jià)，生成物為化合物則元素的化合價(jià)一定為非零價(jià)，故反應(yīng)中各元素的化合價(jià)一定發(fā)生了變化，D正確。答案：C。