模型認(rèn)知視角下的化學(xué)計(jì)算復(fù)習(xí)策略研究

莊業(yè)明 范斌

[摘? ?要]以滴定實(shí)驗(yàn)、化學(xué)平衡、工藝流程中的化學(xué)計(jì)算這三類經(jīng)典的化學(xué)題為例，研究模型認(rèn)知核心素養(yǎng)視角下的化學(xué)計(jì)算復(fù)習(xí)策略，幫助學(xué)生提升自身的模型認(rèn)知建構(gòu)意識(shí)和模型認(rèn)知建構(gòu)能力，重新審視和思考化學(xué)計(jì)算教學(xué)的思路和方法，并以此提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)和綜合能力。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);模型認(rèn)知;化學(xué)計(jì)算;復(fù)習(xí)策略

[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2020）29-0057-03

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系，要求發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，要求教師積極開展“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)實(shí)踐，主動(dòng)探索“素養(yǎng)為本”的有效課堂教學(xué)模式和策略。在化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，教師應(yīng)科學(xué)制訂具體可行、基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)，挖掘教學(xué)內(nèi)容在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展方面的獨(dú)特價(jià)值，這對(duì)教師來說是一個(gè)新的、富有挑戰(zhàn)性的研究課題。“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系的要素之一。“模型認(rèn)知”就是將現(xiàn)實(shí)生活中的問題進(jìn)行抽象之后形成的因素集合體。在化學(xué)模型認(rèn)知的建構(gòu)過程中，學(xué)生主觀地對(duì)因素和條件進(jìn)行取舍，對(duì)現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而抓住化學(xué)問題的本質(zhì)特征。

重新審視和思考化學(xué)計(jì)算教學(xué)的思路和方法，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)化學(xué)計(jì)算表面上是計(jì)算問題，實(shí)際上是綜合能力的體現(xiàn)。它不僅包括化學(xué)的基本計(jì)算，還包括化學(xué)的基本概念、化學(xué)術(shù)語的含義等化學(xué)知識(shí)。其中，質(zhì)量守恒定律是化學(xué)方程式計(jì)算的基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)是化學(xué)計(jì)算的工具，化學(xué)概念和術(shù)語是化學(xué)計(jì)算的前提。在高三化學(xué)計(jì)算復(fù)習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，強(qiáng)調(diào)模型建構(gòu)的實(shí)用性，不僅能提升學(xué)生的復(fù)習(xí)效率，還能培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知建構(gòu)意識(shí)，進(jìn)而用模型認(rèn)知的思想和方法處理和解決生活中的問題。

在“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)視角下進(jìn)行分類復(fù)習(xí)，并通過典型練習(xí)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，將會(huì)達(dá)到更好的復(fù)習(xí)效果。下面對(duì)幾種典型的化學(xué)計(jì)算題的解題模型建構(gòu)及模型實(shí)踐進(jìn)行分析。

一、滴定實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)計(jì)算——利用“關(guān)系式”法計(jì)算物質(zhì)含量

“關(guān)系式”法常用于一步反應(yīng)或多步連續(xù)反應(yīng)，可以減少不必要的中間計(jì)算過程，避免計(jì)算誤差，并能快速準(zhǔn)確地獲得結(jié)果。在一步反應(yīng)中，可以直接求出反應(yīng)物與目標(biāo)產(chǎn)物之間的關(guān)系;在多步連續(xù)反應(yīng)中，如果第一步的產(chǎn)物是下一步的反應(yīng)物，則根據(jù)化學(xué)方程式，可將該物質(zhì)用作“中介”，以搭建已知物質(zhì)與所求物質(zhì)之間量的關(guān)系橋梁。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算經(jīng)常涉及滴定實(shí)驗(yàn)。碘量法是氧化還原滴定法中應(yīng)用較廣泛的一種方法，近年來在高考中屢見不鮮。碘量法分為直接碘量法和間接碘量法。直接碘量法是用碘滴定液直接滴定還原性物質(zhì)的一種方法，在滴定過程中，I2被還原為I-;間接碘量法則利用I-的還原性和氧化性物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生I2。

【模型建構(gòu)】

1. 寫出有關(guān)的離子方程式。

2. 找到轉(zhuǎn)化時(shí)各物質(zhì)之間的比例關(guān)系，得出關(guān)系式。

3. 對(duì)題給數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理，最后通過計(jì)算得到結(jié)果。

【例1】（2017·全國(guó)卷Ⅱ節(jié)選）水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。某課外小組采用碘量法測(cè)定學(xué)校周邊河水中的溶解氧。實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定原理如下：

Ⅰ. 收樣、氧的固定

用溶解氧瓶采集水樣;記錄大氣壓及水體溫度;將水樣與Mn（OH）2堿性懸濁液（含有KI）混合，反應(yīng)生成MnO（OH）2，實(shí)現(xiàn)氧的固定。

Ⅱ. 酸化、滴定

將固氧后的水樣酸化，MnO（OH）2被I-還原為Mn2+，在暗處靜置5 min，然后用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定生成的I2（2S2O32++I2=2I- +S4O62- ）。

回答下列問題：

題后點(diǎn)睛：在使用“關(guān)系式”模型解題時(shí)，不管是碘量法，還是其他的比例關(guān)系，解題的關(guān)鍵都是要回歸到各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系上。綜合實(shí)驗(yàn)題的計(jì)算，側(cè)重于對(duì)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。

二、化學(xué)平衡綜合題中的化學(xué)計(jì)算——利用“三段式”解題法計(jì)算轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)

與化學(xué)平衡相關(guān)的綜合題目中，常常涉及轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)的計(jì)算，此類計(jì)算中經(jīng)常會(huì)用到“三段式”解題法，該方法是有效解答化學(xué)平衡計(jì)算題的萬能鑰匙。解題時(shí)，要注意準(zhǔn)確清晰地列出起始量、變化量、平衡量，然后再按題目要求進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還要注意單位的統(tǒng)一。

【模型建構(gòu)】

1. 明確三個(gè)量——起始量、變化量、平衡量，列出可逆反應(yīng)的三段式（如需設(shè)未知數(shù)，一般設(shè)轉(zhuǎn)化量為未知數(shù)）。

（1） 反應(yīng)物的平衡量=起始量-轉(zhuǎn)化量;

（2） 生成物的平衡量=起始量+轉(zhuǎn)化量;

（3） 各物質(zhì)轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們?cè)诨瘜W(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。轉(zhuǎn)化濃度是聯(lián)系平衡濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)反應(yīng)速率的橋梁，因此，轉(zhuǎn)化濃度是解題的關(guān)鍵。

2. 列出平衡時(shí)的各物質(zhì)濃度，按要求計(jì)算。

（1） 轉(zhuǎn)化率=[n（轉(zhuǎn)化）n（起始）]×100%=[c（轉(zhuǎn)化）c（起始）]×100%;

（2） 平衡常數(shù)：[K=生成物濃度冪之積反應(yīng)物濃度冪之積]（切記平衡常數(shù)表達(dá)式中的濃度為各組分平衡時(shí)的濃度）。

題后點(diǎn)睛：在使用“三段式”模型解題時(shí)，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)化量與起始量的確定;化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算關(guān)鍵在于各組分平衡濃度的確定。化學(xué)平衡題的計(jì)算，側(cè)重于對(duì)“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。

三、工藝流程題中的化學(xué)計(jì)算——利用溶度積常數(shù)Ksp進(jìn)行相關(guān)計(jì)算

在工藝流程的除雜或分離環(huán)節(jié)，經(jīng)常通過加入沉淀劑或控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成沉淀將其除掉或分離，一般需要用到難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)Ksp進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，這類題目主要有以下幾種類型：

1. 已知溶度積求溶液中的某種離子的濃度。

2. 判斷在一定條件下沉淀能否生成或溶解。

3. 已知溶度積、溶液中某離子的濃度，求某金屬離子開始沉淀和沉淀完全（金屬離子濃度小于1×10-5 mol·L-1）的pH。

4. 計(jì)算沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)。

【模型建構(gòu)】

1. 判斷電解質(zhì)是否為難溶電解質(zhì)。

2. 判斷溶液是否為飽和溶液，如果達(dá)到飽和或平衡狀態(tài)，則可用Ksp直接進(jìn)行計(jì)算（不飽和溶液的濃度積QcKsp，有沉淀析出，達(dá)平衡時(shí)Qc=Ksp）。

3. 根據(jù)公式Ksp（AmBn）=cm（An+）·cn（Bm-）計(jì)算所求離子濃度（式中的濃度均為離子平衡濃度）。

（3）（2015·全國(guó)卷Ⅱ節(jié)選）有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

【模型實(shí)踐】

題后點(diǎn)睛：利用溶度積常數(shù)Ksp進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，必須確認(rèn)此溫度下是難溶電解質(zhì)的飽和溶液，再根據(jù)Ksp（AmBn）=cm（An+）·cn（Bm-）和具體要求進(jìn)行相應(yīng)的離子濃度或者pH的計(jì)算。工藝流程題中Ksp的相關(guān)計(jì)算側(cè)重于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）