高中化学解题中建模思想的应用

陈仙玉

(福建省上杭县第一中学 364200)

高中化学解题中，引导学生正确利用建模思想，对题目中的信息进行提炼，有效利用题目条件解题，实现复杂问题简单化，加深知识理解和掌握，提高学生知识利用能力，培养学生综合素养.因此，作为高中化学教师，在解题教学中，注重建模思想的引入，引入建模思想，对化学问题进行分析和解答，提高学生解题效果和质量.

1 氧化还原模型在解题中的应用

氧化还原反应模型是高中化学的重要模型.运用该模型解题的关键在于准确地判断氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物.注重得失电子守恒的应用.

例1已知将一定量的氯气通入100mL 6mol/L的氢氧化钠溶液中恰好完全反应.产物可能有NaClO3、NaClO、NaCl，其中NaClO3的物质的量浓度和温度高低有关，则以下说法正确的是( ).

A.反应后溶液中c(Cl-)∶c(ClO-)∶c(ClO3-)=6∶6∶1

B.被氢氧化钠溶液吸收的氯气的物质的量为0.3mol

C.反应中转移的电子的物质的量可能为0.4mol

D.反应后溶液中c(NaCl)≤0.5mol/L

解析设NaCl、NaClO、NaClO3物质的量分别amol、bmol、cmol.由氧化还原反应模型可知,反应中电子守恒，即b+5c=a，有钠元素守恒可知a+b+c=6mol/L×0.1L=0.6mol.A项不符合电子守恒规律，错误；B项，有生成的产物可知，钠原子与氯原子的个数比为1∶1，因此，被氢氧化钠溶液吸收的氯气的物质的量为0.6mol/2=0.3mol,正确；C项，NaCl为还原产物，若转移电子的物质的量为0.4mol，则所生成0.4mol NaCl，将a=0.4mol代入，可得b=0.15mol，c=0.05mol，有符合题意的解，正确；D项，分析可知2a=0.6+0.4c，当产物中NaClO3越多，NaCl的物质的量越多，当产物中只有NaCl和NaClO3时，NaCl的物质的量达到最大，此时a=5c，a+c=0.6mol，则a=0.5mol，对应的物质的量浓度为0.5mol/0.1L=5mol、L，即，c(NaCl)≤5mol/L，错误.综上选择BC.

2 晶体模型在解题中的应用

高中化学教学中，晶体知识是重要的知识内容，晶体题型是常见的题目类型，在解题中，对学生逻辑思维和空间能力具有一定的要求，要求学生能够根据题目意思和条件，构建相应的晶体模型，分析其晶体结构，利用有价值的信息，结合晶体模型解答问题.

例2在晶体结构的化学研究中，X射线是一种的重要的方式，[MxFey(CN)z]是一种蓝色晶体，在其结构中，Fe2+和Fe3+在其顶点位置据，互不相邻，棱上是CN-，其晶体中的阴离子晶胞结构如图1所示，下列表述正确的是( ).

图1

A.此晶体属于原子晶体

B.M离子在立方体面心位置，呈现+2价

C.M离子在立方体体心位置，呈+1价

D.晶体的化学式MFe2(CN)2，且M是+1价.

解析对于A选项中，此结构有阴阳离子，所以晶体属于离子晶体，A错误.根据给出的晶体结构模型可以得出，Fe2+和Fe3+在其顶点位置，其对应的个数则是1/2，CN-在其棱上，则其对应的个数是3，通过这样的分析可以得出M、Fe、CN-的个数比是x∶2∶6，根据晶体化合价，阴离子所带负电荷数为-6+3+2=-1，得出晶体的化学式是MFe2(CN)6，所以得出x=1，且M是+1价，因此B项错误.因为铁离子和亚铁例子的个数是1/2，就是说两个晶胞有一个M+，因此C选项错误.通过这样的分析可以得出D选项正确.

3 溶解平衡模型在解题中的应用

高中化学教学中，溶解平衡是重要的知识点，也是学生解题中的难点.在高中化学中，涉及到的溶液比较多，化学反应也比较多，因此，针对溶解平衡问题，常常把握不好解题方式，不利于学生顺利解题.在实际的解题教学中注重模型思想的引入，传授学生解题技巧，提高学生解题效率.

例3在废水中加入一些硫化物，可以获得CuS、ZnS纳米粒子，在常温状态下，H2S的Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15，当溶液达到平衡状态时，图2所示即离子浓度关系，下列表达中不正确的是( ).

图2

A.Kap(CuS)的数量级为10-37

B.a点的CuS溶液属于不饱和溶液

C.向p的溶液中加入少量NaS固体，溶液组成从p向q移动

解析根据溶解平衡模型进行分析，c(Cu2+)=10-18mol/L时，c(S2-)=10-18.3，所以Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-36.3，其数量级是10-37，A正确.结合A项进行分析，a点时的离子浓度是10-37，小于Ksp(CuS)，可以得出溶液为不饱和溶液，所以B正确.P点时的溶液中添加NaS固体，溶液c(s2-)增加，则c(Cu2+)减小，所以，C选项正确.结合题设中给出的条件，结合平衡常数进行计算，得出平衡常数是30，其数值并不大，反应并没有趋于完全，因此，D选项错误.

4 化学平衡模型在解题中的应用

在高中化学解题中应用化学平衡模型时应注重把握可逆反应的规律，即反应物不可能完全转化为生成物.同时注重运用勒夏特列原理以及三行式分析相关参数之间的关系，求解除相关参数.

例4在体积可变的密闭容器中加入mmolX(g)和1 molY(g)发生反应：

5min后测得Y的转化率为50%，反应后混合气体的密度为反应前混合气体密度的2/3，则m∶n不可能为( ).

A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶5

解析由化学平衡模型可知平衡时X、Y、Z的物质的量分别为(m-50%m)mol=0.5mmol，(1-1×50%)mol=0.5mol，1mol×50%×n=0.5nmol，由反应后混合气体的密度为反应前混合气体密度的2/3，可知(1+m)/0.5m+0.5+0.5n=2/3,解得n=2m+2，则当m取1mol、2mol、3mol、4mol时，对应n的值为4、6、8、10mol，则m∶n不可能为1∶2，选择C项.

5 核外电子排布模型在解题中的应用

在高中化学教学中，核外电子分布是重要的知识内容，也是学生认识微观世界的重要方式.因此，面对核外电子分布问题，教师需要引导学生利用模型思想，构建具体形象的模型，利用模型将微观事物展示出来，帮助学生更好地分析和解答问题.

例5根据相关的研究表明，核外电子的能量与电子所在的层数和能级有着直接关系，同时，核外电子数目和核外电荷数对其能量也有着很大的影响.氩原子和硫离子的核外电子分布相同，即1s22s22p63s23p6，下述表述中正确的是( ).

A.在1s能级上，两个粒子有着同样的电子能量

B.在3p能级，两个粒子的电子到电子核的距离一样

C.当发生电子跳跃的情况时，两个粒子产生不同的光谱

D.两个粒子都属于8个电子的稳定结构，因此有着相同的化学性质

解析在此题解答时， 根据题目内容构建相应的核外电子排布模型，结合模型进行分析，虽然两个粒子电子分布一样，但是，其核外电荷数量不同，电子能量自然不同，A错误.在相同的3p能级上，氩原子核外电荷大，对电子吸引力大，距离原子核更近，B错误.电子的能量不同，其电子跃迁时，产生的光谱也不相同，C正确.硫离子得到电子之后，其是电子为8的稳定结构，失电子能力强，因此，两者有着不同的还原性，D错误.

6 原电池模型在解题中的应用

在原电池解题中，应当根据涉及到的知识内容，利用模型思想，构建合适的化学模型，对问题进行分析，明确解题思路，提高学生的解题能力.

例6如图4所示，图中展示的是一种新型可控电池-锂水电池的工作原理图，下述表达中不正确的是( ).

图3

A.碳极发生的反应是：

B.有机电解质和水溶液相互之间不能互换

C.在标准状况下，产生22.4 L氢气需要正极消耗14 g的锂

D.此种装置，提供电能的同时，获得清洁氢气

解析通过对图形进行分析，根据其原理图，构建相应的原电池模型，碳极上有氢气产出，为正极，发生还原反应，其电极方程式是

因此，A选项正确.锂和水发生化学反应，生成氢气和氢氧化锂，锂和有机电解质不发生反应.因此，两者不同互换，B正确.根据锂和水的化学反应方程式，判断锂电极是负极，可以计算要获得标准状况下22.4 L氢气，消耗锂的质量是14 g，C错误.通过对装置做出分析，装置能够产生电能，还可以产生氢气，D选项正确.