基于建構模型下的高三化學深度復習解題應用研究

楊曉棠

(福建省浦城第一中學,福建 浦城 353400)

在高三化學復習階段,學生形成建構模型的思維,不僅能夠提高解題速度,同時也能夠更好地規范解題思路.高中化學建模解題法是一種經過系統總結后得出的比較完整的高中化學的解題方式,指的是使用建構模型的方式來解決化學實踐中遇到的實際問題.筆者從近幾年福建高考中必考的四種題型進行闡述.

1 明確試題模式,建立思維模型,提升解題能力——工業流程題

1.1 明確工業流程題基本模式(如圖1所示)

圖1 工業流程題基本模式圖

1.2 建立解題思維模型

(1)審題頭:一抓化工生產或提純的目的;二抓原料、雜質、產品的成分.

(2)析流程(題干):結合題干信息、補充信息、設問信息分析,抓三條思維主線[1]:

①元素轉化線(跟蹤每種元素去向)

根據元素守恒轉化思維,跟蹤每種元素去向及其轉化方式,中心元素肯定會走到最后,雜質元素需在過程中除去,基本上每一種雜質元素都要除去.

②價態轉變線(關注所加試劑作用)

分析元素的價態轉變,判斷所加試劑的目的,是提供反應氛圍(酸、堿介質或調節pH)的作用,還是作氧化劑、還原劑.通過價態轉變來判斷反應類型:氧化還原還是非氧化還原,從而正確書寫陌生化學方程式.

③實驗操作線(明確除雜分離方法)

關注目標物質在轉化流程中的每一步操作步驟,分析雜質的除去方法,得到目標產物的方法等.

(3)解問題(題尾):帶著設問有針對性地看流程,準確解答.

典例1粉煤灰是火電廠的大宗固廢.以某電廠的粉煤灰為原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提鋁的工藝流程如圖2所示.

圖2 粉煤灰提鋁的工藝流程圖

回答下列問題:

(1)“浸出”時適當升溫的主要目的是____,Al2O3發生反應的離子方程式為____.

(2)“浸渣”的主要成分除殘余Al2O3外,還有____.實驗測得,5.0 g粉煤灰(Al2O3的質量分數為30%)經浸出、干燥后得到3.0 g“浸渣”(Al2O3的質量分數為8%),Al2O3的浸出率為____.

(3)“沉鋁”時,體系中三種物質的溶解度曲線如圖3所示,加入K2SO4沉鋁的目的是____,“沉鋁”的最佳方案為____.

圖3 溶解度曲線圖

(4)“焙燒”時,主要反應的化學方程式為____.

(5)“水浸”后得到的“濾液2”可返回____工序循環使用.

解題過程第一步:審題(過程如圖4、圖5所示)

圖4 典例1審題過程圖

圖5 典例1解題過程圖

(1)

(2)析流程

第二步:答題——看準問題要求,精準答題

(3)使更多的鋁元素轉化為晶體析出,同時保證晶體純度 高溫溶解再冷卻結晶

(5)沉鋁

2 結合知識模型,應用建構模型的思維解題——氧化還原反應方程式的書寫

氧化還原反應方程式的書寫是福建高考必考題,該考向的命題題型有選擇題和非選擇題兩種,主要從氧化還原反應的有關概念、規律及應用;方程式的書寫與配平;電子守恒法計算等這些方面的考查.

建立解題思維模型如圖6所示.

圖6 氧化還原反應方程式書寫解題模型圖

典例2三元鋰電池的正極材料中含有大量有價值的金屬元素(可表示為LiCo1-x-yMnxNiyO2),還含有鋁箔、炭和有機粘結劑等雜質.用廢舊正極材料回收鉀、鎳、鈷、錳等金屬的流程如圖7所示.

圖7 廢舊正極材料回收鉀、鎳、鈷、錳等金屬的流程圖

解題思路如圖8所示.

圖8 典例2解題思路圖

3 巧妙運用構建模型思想,提高解題效率——化學平衡圖像題

學會分析化學平衡圖像是高考中的重難點知識.圖像中涉及的信息非常多,如溫度、壓強、轉化率、百分含量、投料比、產率等,分析時一定注意分析圖像涉及的物理量含義.

模型建構分析——解化學平衡圖像的一般思路如圖9所示.

圖9 化學平衡圖像解題模型圖

圖10 SiHCl3的轉化率隨時間變化圖

A．a、b處反應速率大小:va>vb

B．343 K時反應的平衡常數約為0.02

C．在343 K下要提高SiHCl3的平衡轉化率,可增大體系壓強

D．在323 K下要縮短反應達到平衡的時間,可選用更高效的催化劑

根據“先拐先平,數值大”規律,由圖像信息,a點所在線先拐先平衡,所以溫度高、速率快,即是343 K時SiHCl3的轉化率曲線,含b點線為323 K時SiHCl3的轉化率曲線.a、b處SiHCl3轉化率相同,則容器中SiHCl3的濃度相同,溫度高的曲線對應反應速率快,a點速率大于b點,A正確;由題圖可知,343 K時SiHCl3的平衡轉化率為22%,設起始SiHCl3(g)濃度為1 mol·L-1,則有三段式:

4 精準把握命題動向,滲透模型建構理論——可充電新型電池題

為使學生掌握電化學習題的解題技巧,應注重為學生深入地剖析原電池與電解池原理的不同以及內在聯系,使學生對原電池、電解池模型有更為深入地把握與理解[2],為解可充電新型電池做好鋪墊,同時灌輸相關的解題技巧.此類題型主考方向是選擇題,命題角度主要有:

(1)電極判斷及電極反應式書寫判斷;

(2)電子、離子的移向判斷;

(3)溶液pH的變化;

(4)有關交換膜的判斷;

(5)有關計算.

可充電新型電池的解題、審題思路構建方法模型如圖11所示.

圖11 可充電電池的解題模型圖

典例4我國科研團隊提出一種新型陰離子電極材料—Cu3(PO4)2的水系雙離子電池,該電池以Na0.44MnO2和Cu3(PO4)2為電極,其工作原理如圖12所示.

圖12 Cu3(PO4)2的水系雙離子電池工作原理圖

下列說法錯誤的是( ).

A．充電時,電極a應接電源的正極

B．放電時,若電極a得到6.4 g Cu和1.44 g Cu2O,則電路中轉移 0.22 mol e-

C．充電時,電極b的電極反應式為:

D．為消除第一次放電的不可逆,可將Cu3(PO4)2徹底放電轉化為Cu2O后在充電