高中化學(xué)教學(xué)中建模思想的應(yīng)用

摘 要：“化學(xué)反應(yīng)原理”是高中化學(xué)的重要構(gòu)成部分.教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合該部分內(nèi)容特點(diǎn)，應(yīng)用建模思想展開教學(xué)，將相關(guān)知識(shí)統(tǒng)一到模型之中，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解提升到一個(gè)新的高度.

關(guān)鍵詞：建模思想；應(yīng)用；化學(xué)反應(yīng)原理；高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）18-0098-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡(jiǎn)介：楊美華（1982.12-），女，江蘇省張家港人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

1 原電池與電解池教學(xué)的實(shí)施

1.1 原電池

環(huán)節(jié)一：回顧所學(xué)，激發(fā)興趣.

學(xué)生已學(xué)習(xí)過原電池相關(guān)知識(shí).為驅(qū)使其更加深度地理解與掌握原電池的工作原理，為原電池模型構(gòu)建奠定基礎(chǔ).課堂上運(yùn)用多媒體屏幕展示以下問題：銅鋅原電池有哪幾部分構(gòu)成、寫出電極反應(yīng)式和電極總反應(yīng)式.

學(xué)生通過回顧所學(xué)，得出銅鋅電池裝置主要有：鋅片、銅片、硫酸溶液、導(dǎo)線構(gòu)成.正負(fù)極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)分別為：

總電極反應(yīng)為

引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)，給學(xué)生帶來似曾相識(shí)的感覺，激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心.

環(huán)節(jié)二：借助實(shí)驗(yàn)深化理解.

實(shí)驗(yàn)1：將適量鋅粉加入到盛放有30 mL 1 mol/L CuSO₄溶液的燒杯中，使用溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度，觀察溫度變化；實(shí)驗(yàn)2：向甲、乙兩只燒杯中分別加入30 mL 1 mol/L ZnSO₄溶液和30 mL 1 mol/L CuSO₄溶液，使用導(dǎo)線將電流計(jì)、鋅片、銅片連接在一起，分別插入到甲、乙兩個(gè)燒杯中，并將鹽橋兩端分別插入兩只燒杯的電解溶液中，觀察現(xiàn)象，取出鹽橋再觀察現(xiàn)象.

課堂上進(jìn)行上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的展示，給學(xué)生帶來原電池的直觀認(rèn)識(shí)，增加課堂教學(xué)趣味性，促進(jìn)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)逐漸向構(gòu)建原電池模型靠攏^[1].

環(huán)節(jié)三：借助互動(dòng)構(gòu)建模型.

基于對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，課堂上圍繞以下問題與學(xué)生積極互動(dòng)，幫助其建立原電池模型.

（1）兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別有什么現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)有關(guān)現(xiàn)象？（2）聯(lián)系已學(xué)的原電池知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)2中電極名稱，寫出對(duì)應(yīng)電極的電極反應(yīng)以及對(duì)應(yīng)的反應(yīng)類型.（3）實(shí)驗(yàn)2中的鹽橋有什么作用？

環(huán)節(jié)四：設(shè)計(jì)問題，夯實(shí)模型.

為夯實(shí)學(xué)生所學(xué)，提高其運(yùn)用原電池模型解題的靈活性，課堂上創(chuàng)設(shè)以下問題，要求學(xué)生思考、作答：如圖2為從含碘的物質(zhì)中提取碘的兩個(gè)裝置，則以下說法正確的是（）.

1.2 電解池

首先，組織學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，要求學(xué)生學(xué)習(xí)課本中電解熔融態(tài)氯化鈉相關(guān)知識(shí)，分析電子移動(dòng)方向，寫出對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)方程式.同時(shí)，為鞏固學(xué)生所學(xué)，課堂上提問如下問題：（1）什么是電解，什么是電解池？（2）電解池中能量轉(zhuǎn)化是怎樣的？（3）電解池中與電池正、負(fù)極相連的電極名稱分別是什么？發(fā)生什么樣的反應(yīng)類型？認(rèn)真傾聽學(xué)生回答，并給予指引，糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步澄清其對(duì)電解池的認(rèn)識(shí)，并指引學(xué)生構(gòu)建如圖3所示的電解池模型.

其次，為進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)電解池模型理解，掌握離子的放電規(guī)則.課堂上為學(xué)生播放“電解氯化銅溶液”教學(xué)視頻，使學(xué)生思考，在陰極為什么在Cu²⁺、H⁺都存在的情況下Cu²⁺先放電，在陽(yáng)極OH^-、Cl^-都存在的情況下Cl^-先放電？顯然同一電極存在多種可以放電的離子時(shí)放電順序按照能力由強(qiáng)到弱依次進(jìn)行.同時(shí)，給予學(xué)生指引，使其總結(jié)電解池電極反應(yīng)順序，補(bǔ)充、完善上述電解池模型.

最后，為鞏固學(xué)生所學(xué)，提高運(yùn)用電解池模型解題的意識(shí)與能力，設(shè)計(jì)相關(guān)問題開展針對(duì)性的應(yīng)用訓(xùn)練活動(dòng).答案選擇A項(xiàng).

2 化學(xué)平衡移動(dòng)教學(xué)的實(shí)施

2.1 濃度變化引起的平衡移動(dòng)

課堂教學(xué)時(shí)基于2CrO^2-₄（黃色）+2H⁺Cr₂O^2-₇（橙色）+H₂O這一可逆反應(yīng)，做如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1，向試管先加入4 mL 0.1 mol/L的K₂CrO₄溶液，在向其中滴加數(shù)滴1 mol/L的HNO₃溶液.觀察溶液顏色變化；實(shí)驗(yàn)2，將實(shí)驗(yàn)1中的溶液分成兩份，向其中一份中加入1 mol/L的NaOH溶液，和另一份溶液做對(duì)比，觀察溶液顏色變化.

提出以下問題要求學(xué)生思考：實(shí)驗(yàn)1中滴加HNO₃溶液中時(shí)溶液中H⁺濃度怎樣變化？溶液顏色發(fā)生怎樣的變化？反應(yīng)怎樣移動(dòng)？實(shí)驗(yàn)2中加入NaOH溶液后溶液中H⁺濃度怎樣變化？反應(yīng)怎樣移動(dòng)？從上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中得出什么結(jié)論？

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來看，實(shí)驗(yàn)1溶液橙色加深，實(shí)驗(yàn)2黃色加深.表明加入對(duì)應(yīng)溶液后平衡分別向正向與逆向移動(dòng).引起實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象的原因在于溶液中H⁺濃度的增加，以及H⁺和OH^-反應(yīng)后H⁺濃度減小.在此基礎(chǔ)上要求學(xué)生閱讀課本內(nèi)容，結(jié)合濃度商和平衡常關(guān)系構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型.最終構(gòu)建表1所列的模型.

2.2 壓強(qiáng)變化引起的平衡移動(dòng)

為使學(xué)生更好地理解壓強(qiáng)變化給化學(xué)平衡帶來的影響，建立對(duì)應(yīng)的平衡移動(dòng)模型.教學(xué)實(shí)踐中，一方面，使用多媒體屏幕展示以下三個(gè)可逆反應(yīng)：

要求學(xué)生聯(lián)系物質(zhì)濃度與壓強(qiáng)之間的關(guān)系，探究增大和減小壓強(qiáng)，給化學(xué)平衡帶來的影響^[2].另一方面，播放課本中“利用色度傳感器探究壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響”教學(xué)視頻，要求學(xué)生分析教學(xué)視頻中相關(guān)現(xiàn)象發(fā)生的內(nèi)在原因.

對(duì)同一有氣體參與的反應(yīng)而言，增大壓強(qiáng)等效于減小體積，而減小體積對(duì)應(yīng)物質(zhì)濃度的增大.但是化學(xué)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目不同，對(duì)相關(guān)物質(zhì)濃度改變的大小是不同的，因此，分析化學(xué)平衡需將化學(xué)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)目的變化考慮在內(nèi).氣體分子數(shù)目增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)；氣體分子數(shù)目不變的反應(yīng)增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)；氣體分子數(shù)目減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng).教學(xué)視頻中的現(xiàn)象，很好地印證了上述結(jié)論.

在學(xué)生搞清楚上述內(nèi)容后，在課堂上與學(xué)生一起構(gòu)建表2所列壓強(qiáng)變化平衡移動(dòng)模型.

2.3 溫度變化引起的平衡移動(dòng)

完成上述兩個(gè)模型構(gòu)建后，學(xué)生已積累相關(guān)平衡移動(dòng)模型構(gòu)建經(jīng)驗(yàn).教學(xué)活動(dòng)中基于以下可逆反應(yīng)：[Co（H₂O）₆]²⁺（粉紅色）+4Cl^-[CoCl₄]²⁺（藍(lán)色）+6H₂O，ΔH＞0.做如下實(shí)驗(yàn)：向一支試管中加入少量氯化鈷晶體，而后逐滴加入濃鹽酸溶解完全后，滴水至溶液呈紫色.而后將溶液分裝到A、B、C三支試管中，將其分別置于熱水、冰水和常溫條件下，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論.預(yù)留空白時(shí)間，要求學(xué)生基于對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)與理解構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型.同時(shí)，提問學(xué)生代表，了解其模型構(gòu)建情況，并根據(jù)其構(gòu)建模型情況給予指引與表?yè)P(yáng)，提升其學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促使其進(jìn)一步完善模型，最終構(gòu)建出表3所列正確模型.

參考文獻(xiàn)：

[1]岳沭寧.關(guān)于高中“化學(xué)反應(yīng)原理”建模教學(xué)的實(shí)踐[J].數(shù)理化解題研究，2022（15）：122-124.

[2] 袁瓊玲.高中化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中問題推進(jìn)教學(xué)的實(shí)踐探析[J].高考，2021（29）：61-62.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]