[“建模、用模”在化学高考复习中的应用]
时间：2019-02-05 03:24:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1005－6629(2007)05－0075－03中图分类号：G632.479 文献标识码：B 2006年高考化学江苏卷第26题体现了建模、用模的思想。原题是这样的：
利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如下图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I2和Fe3+等可循环使用。
(1)写出电解池A、电解池B和光催化反应池中反应的离子方程式。
(2)若电解池A中生成3.36L H2(标准状况)，试计算电解池B中生成Fe2+的物质的量。
(3)若循环系统处于稳定工作状态时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为A mol•L-1和b mol•L-1，光催化反应生成Fe3+的速率为c mol•L-1，循环系统中溶液的流量为Q(流量为单位时间内流过的溶液体积)。试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q。
本题(3)要求学生从复杂的情境中抓住本质建立化学反应2Fe2++I2 2Fe3++2I-，得出“光催化反应生成I－的速率ν(I-)=ν(Fe3+)=c mol•min-1，化学问题抽象成电解池A中消耗I-的速率应等于光催化反应池中生成I-的速率，从而得出：a mol•L-1×Q-b mol•L-1×Q=c mol•min-1，解出Q。可见，化学问题抽象成两个数学等量关系进行建模，要求考生的思维必须具备有序性和深刻性。这种“建模、用模”的思维方式在高中化学中有许多应用。
“模”就是“模式”、“模型”，建模思想就是将复杂的化学问题去非本质的东西，抽象出解决问题的思维方式，即“模”，然后运用这一模式去解决相关问题，它的一般过程可表示为：
“建模、用模”这一思维方式也是建构主义学习理论在化学学习中的极好运用。具体来看，这一规律在高考化学复习中主要有以下几方面的应用。
1用等量代换法建立“模型”，使与量有关的某些有机题规律化
例1.现有一些只含C、H、O三种元素的有机物，它们燃烧时消耗O2和生成CO2的体积比为3∶4。
(1)符合条件的分子量最小的化合物化学式为__________。
(2)某两种碳原子数相同的上述有机物，若它们的相对分子质量分别为a和b(a
解析：设符合条件的氧化物的化学式为CxOy，则CxOy+(x- )O2→xCO2，因消耗O2和生成CO2的体积比为3∶4，解得x/y=2。则此氧化物为C2O或(C2O)n。
若要始终保持耗氧量和生成CO2的体积比为3∶4，则在分子中任意增加H2O，对耗氧量和生成CO2的体积均无影响，按此建模思考，得(C2O)n(H2O)m。由于此有机物必须含C、 H、 O， 故m、 n为1时， 相对分子质量是最小的， 化学式为C2H2O2(乙二醛)；符合(C2O)n(H2O)m的两种有机物，若碳原子数相同，即n值同，而m值不同时，它们的相对分子质量之差(b-a)必为H2O的相对分子质量的倍数，故第二空须填入18。
可见，本题建立的模型为(C2O)n(H2O)m，运用它可以重新设置并解决一系列问题，这类模型的建立有时需要化学中的一些量的关系辅助，如原子质量之间(C～12H、 CH4～O、 4C～3O……)；耗氧量之间(C～2O、 2H～O、 C～4H……)；电子数量之间及价键之间的守恒关系。
通过上述例题我们不难看出，用“等量代换法”解这类发散思维有机题的思想模式是：
①从最简单的有机物烃、含氧衍生物入手，确定代表物。
②依题意，找出C、H、O三者的等量关系，结合代表物和等量关系进行代换。
③根据价键法则或有机物的结构特点、性质等，确定符合题意的有机物结构式。
④整个过程体现了有序思维经发散思维到收敛的过程。
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1.a g H2在氧气中充分燃烧后，再通过足量过氧化钠，充分反应，固体质量增加多少克？
2.H2换成CO呢？
3.a g含C、H、O的物质B，在氧气中充分燃烧后，再通过足量的过氧化钠，充分反应，固体质量增加ag，则B的化学式通式是什么？举出B具体的物质2例，并写出其结构简式。
4.一定条件下将质量为x g的有机物在O2中完全燃烧，燃烧后全部产物通过足量Na2O2层，过氧化钠的质量增重Yg, 下列对应关系一定正确的是( )
2运用数学方法建模，使化学问题解决快速化
例2.向1L 0.1mol/L的AlCl3溶液中，加入2mol/L的NaOH溶液，完全反应后，共得到白色沉淀3.9g，求加入的NaOH溶液的体积为多少？
解析：AlCl3溶液中加入NaOH溶液的化学反应有：
①当NaOH少量时， AlCl3+3NaOH Al(OH)3↓+3NaCl
②当NaOH过量时， 生成的Al(OH)3 沉淀溶解在NaOH中， Al(OH)3 +NaOHNaAlO2+2H2O， 因此画得如右图形：
由图可知：在加入NaOH溶液的整个过程中，生成沉淀质量为3.9g的有A、B两点，也就是加入的NaOH溶液的体积也应有两个量。
作为工具学科，数学对化学问题的解决起到了很好的辅助作用，高中化学经常运用到的数学方法有：应用数轴帮助解决讨论型化学计算题，商余数、代数方程、不定方程、平均值法、不等式、数学归纳法、极限、排列组合、平面几何、立体几何、待定系数法配平方程式、数形结合思想等。
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自20世纪90年代以来，芳-炔类大环化合物的研究发展十分迅速，具有不同分子结构和几何形状的这一类物质在高科技领域有着十分广泛的应用前景。合成芳-炔类大环的一种方法是以苯乙炔(CH≡C― )为基本原料，经过反应得到一系列的芳－炔类大环化合物，其结构为：
(1)上述系列中第1种物质的分子式为______。
(2)已知上述系列第1至第4种物质的分子直径在1～100nm之间，分别将它们溶解于有机溶剂中，形成的分散系为________。
(3)以苯乙炔为基本原料，经过一定反应而得到最终产物。假设反应过程中原料无损失，理论上消耗苯乙炔与所得芳炔类大环化合物的质量比为____________。
(4)在实验中，制备上述系列化合物的原料苯乙炔可用苯乙烯(CH2=CH)为起始物质，通过加成、消去反应制得。写出由苯乙烯制取苯乙炔的化学方程式(所需的无机试剂自选)_________。
3建立模型，使知识储备、问题解决方略序列化
例3.运用一定的知识整理的方法，将NH3、N2、NO、NO2、HNO3、MNO3的结构、性质、制备、用途作一归纳。
归纳方法可用树状分类法、价态转化法、列表对比法等，此外还有以下一些模型：
相同、相异概念的对比、分析图表；相似问题归类化如电解质溶液中离子浓度大小比较，可抓住电荷守恒和物料守恒；pH的计算(酸性，先求C(H+)，再求pH；碱性，先求pOH，再求pH)等。
当然，在解答具体问题时，有一些方略也要序列化的，如：解答化学实验鉴别题时，抓住“操作→现象→结论”三步曲；推断题抓住“题眼→尝试→结论→验证”四过程；计算题抓住“思路分析→解题过程→检验核对”三步骤；实验方案评价题强调“科学、安全、可行、简约”四原则等等。这些都是规范答题并提高得分率的有效方略模式。
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某化学兴趣小组按照下列方案进行“由含铁废铝制备硫酸铝晶体”的实验：
步骤1：取一定量含铁废铝，加足量的NaOH溶液，反应完全后过滤。
步骤2：边搅拌边向滤液中滴加稀硫酸至溶液的pH＝8～9，静置、过滤、洗涤。
步骤3：将步骤2中得到的固体溶于足量的稀硫酸。
步骤4：将得到的溶液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤、干燥。
请回答以下问题：
(1)上述实验中的过滤操作需要玻璃棒、______、______等玻璃仪器。
(2)步骤1过滤的目的是_________________。
(3)当步骤2中的溶液pH＝8～9时，检验沉淀是否完全的方法是____________。
(4)步骤2中的溶液的pH控制较难操作，可改用__________________________。
总之，在中学化学学习中，进行“建模、用模”的尝试，可使学生跳出题海，提高效益，使同类问题的解决更快捷、简便。
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