楊清華

摘 要：化學是高中教育重點學科之一，知識點眾多，學習難度較大，且所涉及的知識點較為分散，因此，大部分學生在解題時都會存在解題思維混亂、解題耗費時間過長等問題.針對此普遍的問題現(xiàn)象，教師應注重對學生證據(jù)推理與模型認知等核心素養(yǎng)能力的培養(yǎng)，進而有效強化學生的化學解題能力.建模思想作為培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知的有效途徑之一，合理應用建模思想能夠幫助學生提高化學解題效率與準確率.鑒于此，本文主要分析與研究高中化學解題中建模思想的應用.

關鍵詞：高中；化學；解題；建模思想

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2024）07-0134-03

高中化學課程主要以實驗探究為核心，這便導致化學知識點較為零散，學生在熟記和運用知識點時容易出現(xiàn)概念混淆、遺忘等現(xiàn)象，且高中化學考題題目大多十分復雜，若學生知識點掌握不牢靠，很容易找不到解題突破口，導致解題失敗或錯誤.對此，建模思想的合理應用能夠幫助學生有效提煉化學考題題目信息，達到化簡難題的目的，并拓展學生的邏輯思維，進而提高學生的化學解題能力.基于此，開展高中化學解題中建模思想的應用研究具有一定的教育價值與現(xiàn)實意義.

1 建模思想下氧化還原模型在高中化學解題中的應用

氧化還原反應是高中化學知識點中的核心組成部分，從知識點概念來源分析，氧化還原反應是根據(jù)化學反應原理、事實抽象出來的概念，其概念包含氧化劑、被氧化、氧化性、氧化產物、還原劑、被還原、還原性以及還原產物[1].基于建模思想下的氧化還原反應模型構建，能夠有效幫助學生分析相關氧化還原反應概念形成過程中的邏輯關系，進而使學生能夠更為精準地判斷哪些是氧化劑、還原劑、氧化產物以及還原產物.

例1 現(xiàn)有100 mL 6? mol/L的氫氧化鈉溶液，該溶液剛好能夠和一定量的氯氣完全反應.反應產物可能有NaClO3、NaClO、NaCl，其中NaClO3的物質的量濃度與溫度高低密切相關，則下列哪個選項的說法是正確的（? ）.

A.反應后溶液中c（Cl-）∶c（ClO-）∶c（ClO-3）=6∶6∶1

B.被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質的量為0.3? mol

C.反應中轉移的電子的物質的量可能為0.4? mol

D.反應后溶液中c（NaCl）≤0.5? mol/L

解析 利用數(shù)學建模思想，分析題意和已知條件，能夠構建相應的氧化還原反應模型.設NaCl、NaClO、NaClO3的物質的量分別為a mol、b mol、c mol，由于反應產物中并沒有NaOH，參照電子守恒定律能夠得出b+5c=a，參照鈉元素守恒，能夠得出0.6（NaOH）=a（NaCl）+b（NaClO）+c（NaClO3），即a+b+c=6 mol/L×0.1 L=0.6 mol.故A選項說法不符合電子守恒定律，A 選項錯誤.根據(jù)生成物可知，鈉原子和氯原子的個數(shù)比為1∶1，被氫氧化鈉溶液吸收的氯氣的物質的量為0.6 mol/2=0.3 mol，故B選項說法正確.該反應中還原產物為NaCl，如果轉移電子的物質的量為0.4 mol，即產生0.4 mol的NaCl，a=0.4 mol，通過代入計算能夠得出b=0.15 mol，c=0.05 mol，故C選項說法正確.若反應產物中NaClO3越多，NaCl的物質的量也就越多，若反應產出中只有NaCl和NaClO3時，NaCl的物質的量會最多，即a=5c，a+c=0.6 mol，所以a=0.5 mol，即NaCl物質的量濃度為5 mol/L，所以D選項說法錯誤[2].答案為B、C.

2 建模思想下晶體模型在高中化學解題中的應用

在高中化學題目中，晶體相關知識屬于重要的知識內容，而晶體類型的題目也十分常見.基于晶體知識的特殊性，學生需要在實際解題過程中具有一定的空間分析能力與邏輯思維能力，從而有效保障在分析各類晶體題目時的精準性、全面性以及合理性，了解題目意圖并充分利用所謂條件實現(xiàn)精準、高效的解題效果.在此方面，學生應當給予建模思想構建與題目內容相對應的晶體模型，以晶體模型入手，分析晶體結構并細化晶體結構，充分挖掘晶體結構中有價值的信息或條件，為晶體題目的順利解答提供重要依據(jù).

例2 在探究晶體結構中，X射線衍射法是較為常用的方法之一，[MxFey（CN）z]是一種藍色晶體，在其結構中Fe3+與Fe2+位于晶體結構的頂點位置且不互相鄰，棱上是CN-，該晶體結構中陰離子晶胞結構如圖1所示，陰離子晶胞結構圖[3].請問下列選項正確的是（? ）.

A.晶體化學式為MFe2（CN）2，其中M為+1價

B.M離子在立方體體心位置，M為+1價

C.M離子在立方體面心位置，M為+2價

D.該晶體屬于原子晶體

解析 通過對題目分析，能夠發(fā)現(xiàn)該結構內存在陰離子與陽離子，因此該晶體類型為離子晶體，故選項D錯誤；通過對題干中所給出的晶體結構模型進行分析，能夠發(fā)現(xiàn)Fe3+與Fe2+的位置在晶體結構頂點位置且其對應的個數(shù)為12、CN-位于晶體棱上，其對應的個數(shù)為3，通過上述結果能夠得知CN-、Fe、M之間的個數(shù)比為6：2：x，基于晶體化合價分析，陰離子所攜帶的負電荷數(shù)量為2+3+（-6）=-1，進而得出該晶體化學式為MFe2（CN）6，解的x等于1且M的化合價為+1價，故選項C錯誤；由于亞鐵離子和鐵離子的個數(shù)為12，說說明每兩個晶胞存在一個M+，故選項B錯誤.正確選項為A[4].

2 建模思想下溶解平衡模型在高中化學解題中的應用

高中化學題目中，溶解平衡相關題目屬于較為常見的題目類型之一，同時此方面的知識有一定難度，因此溶解平衡相關題目是學生解題中的重難點.高中化學知識中所涉及的溶液類型十分復雜且多樣，以各溶液為基礎的化學反應眾多，導致學生在解析高中化學溶解平衡相關題目時，往往因無法選擇正確的解題方式而致使解題過程中出現(xiàn)錯誤.為此，需要引導學生基于建模思想構建相應的溶解平衡模型，以溶解平衡模型為切入點，對題干內容、問題進行全面分析，以此提高學生在解答溶解平衡相關題目時的準確率與速度.

例2 將部分硫化物加入至廢水后能夠得到ZnS、CuS的納米粒子.在常溫條件下，硫化氫（H2S）的Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15，當溶液處于平衡狀態(tài)時，溶液中離子濃度關系如圖1所示，某溶液平衡狀態(tài)下的離子濃度關系.下列表達中錯誤的是（? ）.圖1 某溶液平衡狀態(tài)時的離子濃度關系圖

B.向p的溶液中添加少許Na2S固體，溶液組成會從p向q移動

C.a點的CuS溶液為不飽和溶液

D.Ksp（CuS）的數(shù)量級為10-37

解析 結合題目中所給條件與平衡常數(shù)進行計算，可以發(fā)現(xiàn)平衡常數(shù)為30，客觀來講該數(shù)值并不大，同時反應沒有趨于完全，故選項A錯誤；在p點時將Na2S固體添加至溶液中，會導致溶液內的c（S2-）增大，此時溶液中c（Cu2+）降低，故選項B正確；基于溶解平衡模型開展分析，可以發(fā)現(xiàn)當c（Cu2+）=10-18 mol/L時，c（S2-）=10-18.3，因此Ksp（CuS）=c（S2-）×c（Cu2+）=10-36.3，其數(shù)量級為10-37，故選項D正確；結合選項D對選項C進行分析，a點時Cu2+、S2-的離子濃度

積小于Ksp（CuS），能夠得知此時溶液為不飽和狀態(tài)，故選項C正確[3].答案為A.

3 建模思想下原電池模型在高中化學解題中的應用

原電池類型考題是高中化學的難點部分，在原電池解題過程中普遍會用到眾多知識.為了有效簡化該部分考題的難題可以利用建模思想，構建出相應的化學模型，進而幫助學生梳理解題思路，找準解題突破口.

例3 鋰水電池工作原理如圖2所示，該鋰水電池屬于新型可控電池，請問下列四個選項中說法錯誤的是（? ）.圖2 鋰水電池工作原理

A.碳極發(fā)生的化學反應為：

2H2O+2e-H2↑+2OH-

B.有機電解質與水溶液之間并不能實現(xiàn)互換

C.標準狀況下，產生22.4 L氫氣需要正極消耗14 g的鋰

D.該裝置能夠在提供電能的基礎上，獲得清潔氫氣

解析 根據(jù)圖2鋰水電池工作原理分析，能夠構建出相應的原電池模型，碳極上有氫氣形成，為正極，發(fā)生還原反應，其相應的電極反應式為：2H2O+2e-H2↑+2OH-，所以，A選項的說法正確[4].鋰和水產生化學反應，生成氫氧化鋰與氫氣，鋰與有機電解質并不能發(fā)生化學反應，所以，其兩者之間無法互換，B選項說法正確.結合鋰與水之間反應的化學方程式能夠判斷鋰電極為負極，若在標準狀況下氫氣為22.4 L，則鋰的消耗量應為14 g，所以，C選項的說法錯誤.根據(jù)圖示中的裝置分析，該裝置可以產生電能與氫氣，所以，D選項說法是正確的.答案為C.

4 建模思想下核外電子排布模型在高中化學解題中的應用

在高中化學知識點中，核外電子排布相關知識能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)并了解微觀世界，而微觀世界是學生在日常生活中無法通過肉眼進行直接觀察的.因此學生在學習核外電子排布相關知識時，往往存在因知識內容過于抽象而導致學習效果不佳的情況，進而對順利解答核外電子排布相關化學問題造成阻礙.為此，需要結合實際情況引導學生以建模思想，構建具體的核外電子排布模型，將抽象內容具體化，以模型呈現(xiàn)微觀事物，從而幫助學生更好地解析核外電子排布相關的化學問題.

例4 相關研究表明，核外電子所帶有的能量會直接受到電子能級與所在電子層數(shù)的影響.核外電子所帶有的能量還會在一定程度上受核電荷數(shù)、核外電子數(shù)目的影響.硫離子與氬原子的核外電子排布相同，均為1s22s22p63s23p6，請問下述選項正確的是（? ）.

A.氬原子與硫離子都屬于8電子的穩(wěn)定結構，故二者之間具有相同的化學性質

B.若產生電子躍遷現(xiàn)象時，硫離子與氬原子會產生不同的光譜

C.在3p能級中，硫離子與氬原子的電子到原子核距離相同

D.在1s能級中，硫離子與氬原子的電子具有相同能量

解析 在實際解析前，學生應當根據(jù)題目內容構建核外電子排布模型，并基于模型對四個選項逐一分析.硫離子在得到電子后才會形成最外層電子數(shù)量為8的穩(wěn)定結構，但其失電子能力強，所以硫離子與氬原子之間的還原性不同，故選項A錯誤；電子躍遷過程中所形成的光譜會受到電子能量的影響，不同的電子能量會形成不同的光譜，硫離子與氬原子雖然電子分布相同，但其核電荷數(shù)不同，所以電子能量不同，故選項B正確，選項D錯誤；在3p能級中，由于氬原子的核電荷數(shù)大，因此與硫離子相比，氬原子具有更強的吸引電子能力，所以其電子距離原子核更近，故選項C錯誤[5].答案為B.

5 結束語

綜上所述，建模思想是構建化學模型的基礎，合理應用建模思想能夠有效簡化化學考題難度，使化學考題變得簡單化、具體化以及模塊化，進而達到培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知能力的目的，并以此提高學生的解題能力.

參考文獻：

［1］秦晴晴.幾種建模思想在高中化學解題中的應用[J].中學生數(shù)理化（學習研究），2022（12）：74-75.

[2] 陳兆.借助建模思想實施化學解題教學[J].廣西教育（中等教育），2020（4）：160-162.

[3] 何蕾.應用引導探究式的化學建模教學實踐研究[J].課堂內外·教師版（中等教育），2021（3）：50.

[4] 張初穩(wěn)，鄧衍斌.學科素養(yǎng)視域下的初高中化學銜接策略[J].西部素質教育，2020，6（13）：77-78.

[5] 趙雷洪，薛松，竺麗英.基于建模導向的科學教學實證研究：以高中化學“原子結構”的學習為例[J].浙江師范大學學報（自然科學版），2020，43（2）：228-235.