2019屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)建模思想在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用學(xué)案

建模思想在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用在高三化學(xué)復(fù)習(xí)階段，大多數(shù)學(xué)生感覺化學(xué)知識點多，易懂難記。那么怎樣使學(xué)生在復(fù)習(xí)階段經(jīng)過對知識點的系統(tǒng)梳理、深化拓寬而達(dá)到概括化、網(wǎng)絡(luò)化、程序化，并能靈活遷移到習(xí)題或?qū)嵺`中解決問題呢？本文從建模思想角度論述化學(xué)復(fù)習(xí)的教與學(xué)，相信能給化學(xué)教師和高中學(xué)生新的啟迪。1 建模思想模型，中文原意即規(guī)范。按錢學(xué)森的觀點：“模型就是通過我們對問題的分析，利用我們考察來的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫。”因此，筆者提出的“建模思想”就是把研究對象（原型）的一些次要細(xì)節(jié)及非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，從而以簡化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)思想?？梢杂萌缦聢D式表達(dá)科學(xué)建模過程。研究的對象或原型或知識            模型  理論或規(guī)律 比如：αg H2在氧氣中充分燃燒后，再通過足量過氧化鈉，固體質(zhì)量增加多少呢？a g CO在氧氣中充分燃燒后，再通過足量過氧化鈉，固體質(zhì)量增加多少呢？通過討論，歸納，抽象后，我們發(fā)現(xiàn)H2＋Na2O2          2NaOH   CO＋Na2O2       Na2CO3,因此固體質(zhì)量增加為H2或CO的質(zhì)量。進(jìn)一步歸納抽象，可以獲得計算模型，符合（CO）n·（H2）m型的化學(xué)式，在O2存在下完全燃燒，其產(chǎn)物通過足量Na2O2固體完全反應(yīng)，固體質(zhì)量增加，恰好為該有機(jī)物的質(zhì)量。應(yīng)用上述的計算模型解答2004年理綜試題中第12題，也就顯得輕而易舉。取αg某物質(zhì)在氧氣中完全燃燒，將其生成物跟足量的過氧化鈉固體完全反應(yīng)，反應(yīng)后固體的質(zhì)量恰好也增加了αg。下面物質(zhì)中不能滿足上述結(jié)果的是（  D  ）A、H2      B、CO     D、C6H12O6     D、C12H22O112  建模思想應(yīng)用于化學(xué)復(fù)習(xí)2.1應(yīng)用建模思想梳理化學(xué)知識，使知識網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。高三復(fù)習(xí)階段主要方法有：應(yīng)用概念圖、網(wǎng)絡(luò)圖、對比圖等形式對化學(xué)知識進(jìn)行梳理。概念圖是由美國康奈爾大學(xué)的Joseph·D·Novak于教授20世紀(jì)60年代提出的。它通常是將有關(guān)某一主題不同級別的概念或命題置于方框或圓圈中，再以各種連線將相關(guān)的概念用命題連接，形成關(guān)于該主題的概念或命題網(wǎng)絡(luò)。比如：                                    油脂皂化                               酯化                    取代            水解                                        硝化                    消去 有機(jī)反應(yīng)類型        加成        油脂硬化                                                   氧化還原反應(yīng)                                                   聚合反應(yīng) 網(wǎng)絡(luò)圖是指將相關(guān)內(nèi)容通過某種關(guān)系進(jìn)行連接而形成網(wǎng)絡(luò)。它和概念圖中概念之間層級關(guān)系不同，網(wǎng)絡(luò)圖中各主題之間沒有上位、下位的關(guān)系。例如：氮族元素中N及化合物知識網(wǎng)絡(luò)圖        Mg3N2                N2O4 NH3        N2          NO     NO2     HNO3    對比圖是指將相近、相似或相關(guān)概念利用圖表進(jìn)行對比。例如：同分異構(gòu)體、同素異形體、同位素、同系物等概念進(jìn)行對比；電離、原電池、電解池、電鍍、電解、電泳概念對比等。2.2建立形式表達(dá)模型梳理化學(xué)知識和規(guī)律，使化學(xué)知識形式化、規(guī)律化。形式表達(dá)模式是指對化學(xué)問題或知識抽象成一般性規(guī)律，并用普遍適用的形式加以表達(dá)。比如：CXH4氣態(tài)烴在100℃以上燃燒時，反應(yīng)前后體積不變。再比如：aA(g)+bB(g)    cC(g)+dD(g)，恒溫恒容的條件下當(dāng)反應(yīng)物A的濃度增加倍數(shù)與B物質(zhì)濃度增加倍數(shù)相同時，若a+b>c+d，則A、B轉(zhuǎn)化率均增加，當(dāng)a+b=c+d時，A、B轉(zhuǎn)化率不變，當(dāng)a+b<c+d，A+B轉(zhuǎn)化率降低。例題：一真空閉合容器中盛有1mol PCl5。加熱到200℃時發(fā)生如下反應(yīng)PCl5(g)     PCl3(g)+Cl2(g)。反應(yīng)達(dá)到平衡時，PCl5所占體積分?jǐn)?shù)為M%，若在同一溫度和同一容器中，最初投入的是2mol PCl5，反應(yīng)平衡時，PCl5所占體積分?jǐn)?shù)為N%，則M和N的正確關(guān)系是（  B  ）A. M>N      B. N>M      C. M=N      D.無法比較[解答策略]：在恒溫恒容的條件下，因為反應(yīng)前后的氣體分子數(shù)目在增加，因此當(dāng)增加PCl5的量時，PCl5的分解率在降低，故PCl5的體積百分含量在增加。2.3應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解答化學(xué)問題，使知識應(yīng)用靈活化、方法化。數(shù)學(xué)是思維的工具。在高中化學(xué)中，數(shù)學(xué)有17個方面的應(yīng)用，它們是應(yīng)用坐標(biāo)圖像去解決問題、應(yīng)用數(shù)軸幫助我們解答討論型化學(xué)計算題、商余數(shù)、代數(shù)方程、不定方程、平均值法、不等式、指數(shù)與對數(shù)、數(shù)列、數(shù)學(xué)歸納法求有機(jī)物通式、排列組合、平面幾何、立體幾何、待定系數(shù)法配平化學(xué)方程式、拼湊搭配法、換元思想、數(shù)形結(jié)合思想等。例：在100mL稀鹽酸中加入混合均勻的NaHCO3和KHCO3的固體粉末，使之充分反應(yīng)，右圖表示加入粉末的質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定）的關(guān)系。請計算：（1）該鹽酸的物質(zhì)的量濃度。（2）若該鹽酸為140mL時，加入的粉末為67.5g ，產(chǎn)生的氣體體積。（3）若該鹽酸為180mL，加入的粉末仍為67.5g，產(chǎn)生的氣體體積。[解答策略]：問題（1）解答。觀察題中曲線，我們可以認(rèn)定45 g粉末已將HCl完全消耗。根據(jù)離子反應(yīng)方程式H++HCO3-=H2O+CO2↑，因此n（HCl）=11.2÷22.4=0.5mol，所以鹽酸的物質(zhì)的量濃度為0.5÷0.1=5mol·L-1。問題（2）解答。因為H++HCO3-=H2O+CO2↑，故固體粉末質(zhì)量增加時，若鹽酸足量，則產(chǎn)生的氣體的量和固體粉末質(zhì)量成正比，即在原來的直線上延伸（如右圖），因此產(chǎn)生氣體體積為15.68L，此時粉末過量。問題（3）解答。同樣用上述圖，我們可以得到氣體體積為16.8L，此時鹽酸過量。2.4形成解答問題思路模型，使解答過程模式化、格式化，提高解題過程準(zhǔn)確性、規(guī)劃化。解答化學(xué)問題時，很多同學(xué)因為思路不清晰，導(dǎo)致解答問題常常無從下手。因此掌握解答一些化學(xué)問題的思路，形成解題的模型，能提高解題的準(zhǔn)確度，降低試題的難度。例3：乙二酸（HOOC—COOH）俗稱草酸，其主要物理常數(shù)如下：名   稱分子式顏色、狀態(tài)溶解性（g）熔點（℃）密度（g/cm3）乙二酸H2C2O4——8.6（20℃）189.51.900二水合乙二酸H2C2O4·2H2O無色晶體——101.51.650注：表中“——”是尚未有具體數(shù)據(jù)。又知：草酸鈣不溶于水。已知草酸分解的化學(xué)方程式為H2C2O4      H2O + CO2↑+ CO↑。為了驗證草酸受熱分解及其產(chǎn)物，有人認(rèn)為該裝置不合理。請你根據(jù)草酸晶體的某些物理常數(shù)和實驗?zāi)康模赋鲇迷撗b置進(jìn)行實驗可能存在的不合理因素的主要原因。[解答策略]解答化學(xué)實驗方案設(shè)計評價的模式是：從化學(xué)實驗方案設(shè)計4個基本要求出發(fā)：一是科學(xué)性：指實驗原理、實驗操作程序、實驗方法等。二是安全性：造成大氣污染、人身傷害。三是可行性：化學(xué)實驗藥品、儀器、設(shè)備及方法等在中學(xué)現(xiàn)有條件下可實現(xiàn)。四是簡約性：實驗步驟少、實驗藥品少、實驗時間短、實驗裝置簡單。根據(jù)上述解答思路，我們可以得到以下的參考答案：（1）科學(xué)性欠妥：因為乙二酸晶體往往帶兩個結(jié)晶水，在乙二酸分解前，它已熔化。（2）安全性欠妥：CO有毒，排放到大氣中會造成污染及人身傷害。（3）可行性欠妥：本實驗要證明乙二酸分解的所有產(chǎn)物，而本實驗方案只設(shè)計證明了產(chǎn)物CO2（4）簡約性：尚可例：恒溫下，將a mol N2與b mol H2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)     2NH3(g)（1）若反應(yīng)進(jìn)行到某時刻t時，nt(N2)=13mol，nt(NH3)=-6mol，計算α的值。（2）反應(yīng)達(dá)平衡時，混合氣體的體積為716.8L（標(biāo)況下），其中NH3的含量（體積分?jǐn)?shù)）為25%。計算平衡時NH3的物質(zhì)的量。（3）原混合氣體與平衡混合氣體的總物質(zhì)的量之比（寫出最簡整數(shù)比，下同）n（原）：n（平）= ______________。（4）原混合氣體中，α：b = ____________。（5）達(dá)到平衡時，N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比α（N2）：α（H2）= _________。（6）平衡混合氣體中，n（N2）：n（NH3）= ________________。[解答策略]：可逆反應(yīng)計算的模式是：三步曲第一步寫出起始量，第二步寫出反應(yīng)量，第三步寫出平衡量或剩余量。具體思路如下： N2（g）+3H2（g）     2NH3(g)αmol   b mol        0mol到t時刻反應(yīng)量  α-13             2（α-13）到t時刻剩余量  13mol             6mol因此，問題（1）的答案為：觀察起始量和剩余量，可得到（α-13）×2=6，α=16。同理，其他問題的答案分別為：8mol  5:4  2:3  1:2  3:3:2綜上所述，在高考備考階段，培養(yǎng)學(xué)生建模思想，使千頭萬緒的化學(xué)知識點模式化、網(wǎng)絡(luò)化、程序化、不僅有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識的效率，更能提高學(xué)生的解題能力，學(xué)習(xí)能力。