2019届高考化学二轮复习建模思想在高三化学复习中的应用学案
展开建模思想在高三化学复习中的应用
在高三化学复习阶段，大多数学生感觉化学知识点多，易懂难记。那么怎样使学生在复习阶段经过对知识点的系统梳理、深化拓宽而达到概括化、网络化、程序化，并能灵活迁移到习题或实践中解决问题呢？本文从建模思想角度论述化学复习的教与学，相信能给化学教师和高中学生新的启迪。
1 建模思想
模型，中文原意即规范。按钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画。”因此，笔者提出的“建模思想”就是把研究对象（原型）的一些次要细节及非本质的联系舍去，从而以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系的一种科学思想。可以用如下图式表达科学建模过程。
研究的对象或原型或知识 模型 理论或规律
比如：αg H2在氧气中充分燃烧后，再通过足量过氧化钠，固体质量增加多少呢？a g CO在氧气中充分燃烧后，再通过足量过氧化钠，固体质量增加多少呢？通过讨论，归纳，抽象后，我们发现
H2＋Na2O2 2NaOH CO＋Na2O2 Na2CO3,
因此固体质量增加为H2或CO的质量。进一步归纳抽象，可以获得计算模型，符合（CO）n·（H2）m型的化学式，在O2存在下完全燃烧，其产物通过足量Na2O2固体完全反应，固体质量增加，恰好为该有机物的质量。应用上述的计算模型解答2004年理综试题中第12题，也就显得轻而易举。
取αg某物质在氧气中完全燃烧，将其生成物跟足量的过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量恰好也增加了αg。下面物质中不能满足上述结果的是（ D ）
A、H2 B、CO D、C6H12O6 D、C12H22O11
2 建模思想应用于化学复习
2.1应用建模思想梳理化学知识，使知识网络化、系统化。
高三复习阶段主要方法有：应用概念图、网络图、对比图等形式对化学知识进行梳理。概念图是由美国康奈尔大学的Joseph·D·Novak于教授20世纪60年代提出的。它通常是将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈中，再以各种连线将相关的概念用命题连接，形成关于该主题的概念或命题网络。比如：
油脂皂化
酯化
取代 水解
硝化
消去
有机反应类型 加成 油脂硬化
氧化还原反应
聚合反应
网络图是指将相关内容通过某种关系进行连接而形成网络。它和概念图中概念之间层级关系不同，网络图中各主题之间没有上位、下位的关系。例如：氮族元素中N及化合物知识网络图
Mg3N2 N2O4
NH3 N2 NO NO2 HNO3
对比图是指将相近、相似或相关概念利用图表进行对比。例如：同分异构体、同素异形体、同位素、同系物等概念进行对比；电离、原电池、电解池、电镀、电解、电泳概念对比等。
2.2建立形式表达模型梳理化学知识和规律，使化学知识形式化、规律化。
形式表达模式是指对化学问题或知识抽象成一般性规律，并用普遍适用的形式加以表达。
比如：CXH4气态烃在100℃以上燃烧时，反应前后体积不变。再比如：
aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，恒温恒容的条件下当反应物A的浓度增加倍数与B物质浓度增加倍数相同时，若a+b>c+d，则A、B转化率均增加，当a+b=c+d时，A、B转化率不变，当a+b<c+d，A+B转化率降低。
例题：一真空闭合容器中盛有1mol PCl5。加热到200℃时发生如下反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)。反应达到平衡时，PCl5所占体积分数为M%，若在同一温度和同一容器中，最初投入的是2mol PCl5，反应平衡时，PCl5所占体积分数为N%，则M和N的正确关系是（ B ）
A. M>N B. N>M C. M=N D.无法比较
[解答策略]：在恒温恒容的条件下，因为反应前后的气体分子数目在增加，因此当增加PCl5的量时，PCl5的分解率在降低，故PCl5的体积百分含量在增加。
2.3应用数学模型解答化学问题，使知识应用灵活化、方法化。
数学是思维的工具。在高中化学中，数学有17个方面的应用，它们是应用坐标图像去解决问题、应用数轴帮助我们解答讨论型化学计算题、商余数、代数方程、不定方程、平均值法、不等式、指数与对数、数列、数学归纳法求有机物通式、排列组合、平面几何、立体几何、待定系数法配平化学方程式、拼凑搭配法、换元思想、数形结合思想等。
例：在100mL稀盐酸中加入混合均匀的NaHCO3和KHCO3的固体粉末，使之充分反应，右图表示加入粉末的质量
与产生气体的体积（标准状况下测定）的关系。
请计算：
（1）该盐酸的物质的量浓度。
（2）若该盐酸为140mL时，加入的粉末为67.5g ，产生的气体体积。
（3）若该盐酸为180mL，加入的粉末仍为67.5g，产生的气体体积。
[解答策略]：问题（1）解答。观察题中曲线，我们可以认定45 g粉末已将HCl完全消耗。根据离子反应方程式H++HCO3-=H2O+CO2↑，因此n（HCl）=11.2÷22.4=0.5mol，所以盐酸的物质的量浓度为0.5÷0.1=5mol·L-1。
问题（2）解答。因为H++HCO3-=H2O+CO2↑，
故固体粉末质量增加时，若盐酸足量，则产生
的气体的量和固体粉末质量成正比，即在原来
的直线上延伸（如右图），因此产生气体体积
为15.68L，此时粉末过量。
问题（3）解答。同样用上述图，我们可以得到气体体积为16.8L，此时盐酸过量。
2.4形成解答问题思路模型，使解答过程模式化、格式化，提高解题过程准确性、规划化。
解答化学问题时，很多同学因为思路不清晰，导致解答问题常常无从下手。因此掌握解答一些化学问题的思路，形成解题的模型，能提高解题的准确度，降低试题的难度。
例3：乙二酸（HOOC—COOH）俗称草酸，其主要物理常数如下：
名 称 | 分子式 | 颜色、状态 | 溶解性（g） | 熔点（℃） | 密度（g/cm3） |
乙二酸 | H2C2O4 | —— | 8.6（20℃） | 189.5 | 1.900 |
二水合乙二酸 | H2C2O4·2H2O | 无色晶体 | —— | 101.5 | 1.650 |
注：表中“——”是尚未有具体数据。
又知：草酸钙不溶于水。
已知草酸分解的化学方程式为
H2C2O4 H2O + CO2↑+ CO↑。
为了验证草酸受热分解及其产物，有人认为该装置不合理。请你根据草酸晶体的某些物理常数和实验目的，指出用该装置进行实验可能存在的不合理因素的主要原因。
[解答策略]解答化学实验方案设计评价的模式是：从化学实验方案设计4个基本要求出发：
一是科学性：指实验原理、实验操作程序、实验方法等。
二是安全性：造成大气污染、人身伤害。
三是可行性：化学实验药品、仪器、设备及方法等在中学现有条件下可实现。
四是简约性：实验步骤少、实验药品少、实验时间短、实验装置简单。
根据上述解答思路，我们可以得到以下的参考答案：
（1）科学性欠妥：因为乙二酸晶体往往带两个结晶水，在乙二酸分解前，它已熔化。
（2）安全性欠妥：CO有毒，排放到大气中会造成污染及人身伤害。
（3）可行性欠妥：本实验要证明乙二酸分解的所有产物，而本实验方案只设计证明了产物CO2
（4）简约性：尚可
例：恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
（1）若反应进行到某时刻t时，nt(N2)=13mol，nt(NH3)=-6mol，计算α的值。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L（标况下），其中NH3的含量（体积分数）为25%。计算平衡时NH3的物质的量。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同）n（原）：n（平）= ______________。
（4）原混合气体中，α：b = ____________。
（5）达到平衡时，N2和H2的转化率之比α（N2）：α（H2）= _________。
（6）平衡混合气体中，n（N2）：n（NH3）= ________________。
[解答策略]：可逆反应计算的模式是：三步曲
第一步写出起始量，第二步写出反应量，第三步写出平衡量或剩余量。具体思路如下：
N2（g）+3H2（g） 2NH3(g)
αmol b mol 0mol
到t时刻反应量 α-13 2（α-13）
到t时刻剩余量 13mol 6mol
因此，问题（1）的答案为：观察起始量和剩余量，可得到（α-13）×2=6，α=16。同理，其他问题的答案分别为：8mol 5:4 2:3 1:2 3:3:2
综上所述，在高考备考阶段，培养学生建模思想，使千头万绪的化学知识点模式化、网络化、程序化、不仅有利于提高学生学习知识的效率，更能提高学生的解题能力，学习能力。
