化學(xué)計(jì)算是化學(xué)課程系統(tǒng)中重要的子系統(tǒng),它從量的方面去研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)變化和應(yīng)用。隨著化學(xué)學(xué)習(xí)的深入,學(xué)生會(huì)遇到較多的用定性方法無法解決的問題,定量計(jì)算也就成為一種必然要求?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》要求:“運(yùn)用物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度之間的相互關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算?!薄澳苓M(jìn)行反應(yīng)焓變的簡(jiǎn)單計(jì)算。”“能進(jìn)行平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的簡(jiǎn)單計(jì)算,能利用平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡及平衡移動(dòng)的方向?!薄澳苓M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率的簡(jiǎn)單計(jì)算?!薄澳苓M(jìn)行溶液pH的簡(jiǎn)單計(jì)算?!薄澳芙Y(jié)合實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)、生活中的實(shí)際數(shù)據(jù),并應(yīng)用物質(zhì)的量計(jì)算物質(zhì)的組成和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的質(zhì)量關(guān)系?!被瘜W(xué)計(jì)算作為化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分,無論是從應(yīng)試還是從培養(yǎng)能力、發(fā)展思維的角度來講都是不容忽視的。在此,筆者就新課標(biāo)高中化學(xué)計(jì)算教學(xué)作了一定的實(shí)踐與研究。
一、掌握化學(xué)概念是提高化學(xué)計(jì)算能力的前提
化學(xué)計(jì)算不是單純、孤立的數(shù)學(xué)運(yùn)算,它是化學(xué)概念的運(yùn)用和數(shù)學(xué)運(yùn)算的集合,準(zhǔn)確、清晰、熟練地掌握化學(xué)概念是提高化學(xué)計(jì)算能力的前提。學(xué)生(尤其是學(xué)困生)害怕化學(xué)計(jì)算,其根本原因在于他們對(duì)基本的概念和化學(xué)原理理解得不夠全面、不夠深入。譬如高一學(xué)生在初學(xué)了物質(zhì)的量后,對(duì)有關(guān)物質(zhì)的量用于化學(xué)方程式的計(jì)算普遍感到困難,就是由于對(duì)物質(zhì)的量及其濃度、氣體摩爾體積與質(zhì)量等之間的關(guān)系理解不透,運(yùn)用不熟。此時(shí)教師應(yīng)對(duì)這部分知識(shí)精講細(xì)練,循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生理清思路,熟悉各種量之間的轉(zhuǎn)換。對(duì)于這類知識(shí)的教學(xué),加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念與概念之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)與理解,從而提高對(duì)概念的掌握程度,是有效進(jìn)行計(jì)算教學(xué)的基礎(chǔ)。
二、深入透徹理解重點(diǎn)知識(shí)
高中化學(xué)計(jì)算類題目雖然涉及絕大部分的知識(shí)點(diǎn),但又有其重點(diǎn)。在教學(xué)中教師若能對(duì)這些重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行精細(xì)化加工,無疑能為學(xué)生順利高效地解決化學(xué)計(jì)算類問題提供有力的保障。高中化學(xué)計(jì)算中常見的重點(diǎn)內(nèi)容從元素化合物知識(shí)來看主要涉及鈉及其化合物,鋁、鐵及其化合物,鹵素、有機(jī)物燃燒和化學(xué)式確定等;從基本概念原理方面看主要有氧化還原反應(yīng)、原電池和電解池原理、化學(xué)平衡、酸堿中和滴定等。在教學(xué)中對(duì)以上知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入分析、精細(xì)加工,不但能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解,還能促進(jìn)學(xué)生高級(jí)知識(shí)的形成。當(dāng)遇到化學(xué)計(jì)算類問題時(shí)便更能簡(jiǎn)捷高效地加以解決。例如:對(duì)Na2O2與H2O、CO2反應(yīng)后固體質(zhì)量的增加的分析中,不但要讓學(xué)生能找出差量,更要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量的增加實(shí)質(zhì)相當(dāng)于吸收了水中的H元素、CO2中的CO部分。這樣便形成了更為概括的高級(jí)知識(shí),在化學(xué)計(jì)算類問題解決中就能事半功倍。
三、加大解題思路的教學(xué)力度
化學(xué)計(jì)算類題目的解決離不開解題思路,在教學(xué)過程中,教師要向?qū)W生細(xì)致展示計(jì)算題目解答過程,從審題階段開始讓學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行通讀、細(xì)讀,找出關(guān)鍵點(diǎn)并做好記號(hào)。比如題目中出現(xiàn)的一定量、充分燃燒、常溫下等詞語。然后讓學(xué)生分析題目已知信息中是否隱藏了某些信息,比如物質(zhì)組成、摩爾質(zhì)量等。在分析階段教師要做好問題情境的品讀,將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際問題結(jié)合起來,找尋二者之間的聯(lián)系,在確定某一具體知識(shí)點(diǎn)后羅列出與此相關(guān)的公式、化學(xué)方程式以及數(shù)學(xué)表達(dá)式,然后建立量的關(guān)系。在進(jìn)行題目計(jì)算時(shí),要嚴(yán)格解題步驟表明相關(guān)量。在評(píng)價(jià)時(shí)要檢查單位是否正確、解題范圍是否合理,并對(duì)題目問題進(jìn)行變換,拓展學(xué)生的思考,進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果。
四、掌握化學(xué)計(jì)算中的解題方法
高中化學(xué)計(jì)算中常見解題方法主要有這八種:(1)關(guān)系式法。關(guān)系式法是根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的巧用,其解題的核心思想是化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒,各反應(yīng)物與生成物之間存在著最基本的比例(數(shù)量)關(guān)系。(2)方程或方程組法。根據(jù)質(zhì)量守恒和比例關(guān)系,依據(jù)題設(shè)條件設(shè)立未知數(shù),列方程或方程組求解,是化學(xué)計(jì)算中最常用的方法,其解題技能也是最重要的計(jì)算技能。(3)守恒法。化學(xué)方程式既然能夠表示出反應(yīng)物與生成物之間物質(zhì)的量、質(zhì)量、氣體體積之間的數(shù)量關(guān)系,那么就必然能反映出化學(xué)反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)、電荷數(shù)、得失電子數(shù)、總質(zhì)量等都是守恒的。巧用守恒規(guī)律,常能簡(jiǎn)化解題步驟、準(zhǔn)確快速將題解出,收到事半功倍的效果。(4)差量法。找出化學(xué)反應(yīng)前后某種差量和造成這種差量的實(shí)質(zhì)及其關(guān)系,列出比例式求解的方法,即為差量法。其差量可以是質(zhì)量差、氣體體積差、壓強(qiáng)差等。差量法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的巧用。它最大的優(yōu)點(diǎn)是:只要找出差量,就可求出各反應(yīng)物消耗的量或各生成物生成的量。(5)平均值法。平均值法是巧解方法,它也是一種重要的解題思維和解題,斷MA或MB的取值范圍,從而巧妙而快速地解出答案。(6)極值法。巧用數(shù)學(xué)極限知識(shí)進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的方法,即為極值法。(7)十字交叉法。十字交叉法是二元混合物(或組成)計(jì)算中的一種特殊方法,它由二元一次方程計(jì)算演變而成。若已知兩組分量和這兩個(gè)量的平均值,求這兩個(gè)量的比例關(guān)系等,多可運(yùn)用十字交叉法計(jì)算。(8)討論法。討論法是一種發(fā)現(xiàn)思維的方法。解計(jì)算題時(shí),若題設(shè)條件充分,則可直接計(jì)算求解;若題設(shè)條件不充分,則需采用討論的方法,計(jì)算加推理,將題解出。以討論法為例,將NO2和O2裝入量簡(jiǎn)這一容器中并設(shè)計(jì)為30毫升后通過反應(yīng)得出五毫升的氣體,讓學(xué)生針對(duì)此題的條件來求出原混合氣體中氧氣的體積,在對(duì)這一問題進(jìn)行解答時(shí)便可以利用討論法來將全班學(xué)生分為若干小組并且將學(xué)生的能力水平等都當(dāng)作劃分依據(jù),而后幫學(xué)生營(yíng)造一個(gè)輕松的氛圍讓學(xué)生將自己的思維想法踴躍的說出并據(jù)此來將問題考慮的更加全面,這樣的做法不僅可以幫助學(xué)生在輕松的環(huán)境中表述出自己的思維想法展示自己的智慧與參與活力,還可以讓教師在討論中感知到學(xué)生的思維水平以及知識(shí)的學(xué)習(xí)程度。
總之,在高中化學(xué)計(jì)算教學(xué)中,要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)審題,加強(qiáng)練習(xí),正確運(yùn)用計(jì)算方法,培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)計(jì)算能力,提高化學(xué)學(xué)習(xí)效果。