核心素养下高中化学建模教学的实践 论文

核心素养下高中化学建模教学的实践

摘要：高中化学课程标准明确指出“建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的分析和规律”。高中化学教学实践中应结合具体教学内容，认真落实化学建模教学工

作，提高学生的模型认知以及解题能力，为学生化学学习成绩的提升奠定牢固基础。本文围绕守恒模型、化学平衡模型、电化学模型、晶体结构模型为例探讨化学建模教学活动，以供

参考。关键词：核心素养高中化学

建模教学

实践

提高学生的模型认知能力是高中化学学科核心素养的重要构成部分，教学中应充分认识到开展化学建模教学活动的重要性，通过讲解化学模型相关理论，展示模型在解题中的具体

应用，使学生掌握化学建模的思路与方法，以及在解题中的应用技巧，促进学生解题水平的进一步提升。

一、核心素养下守恒模型的教学[1]

高中化学守恒模型主要有质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。教学中注重运用多媒体技术从微观角度展示这些模型，使学生深刻的理解这些模型的本质，掌握这些模型的规

律。同时为提高学生运用守恒模型解答化学习题的意识，应注重结合具体的习题为学生展示守恒模型的运用过程，使其体会运用守恒模型解题的便利之处，把握运用守恒模型解题的相

关细节，使其在以后遇到类似的问题，能够把握相关物质之间的内在联系，通过列出正确的守恒方程加以顺利的解答。课堂上可向学生讲解如下例题：

例题1：按照一定比例将两种硫酸盐混合共熔制得混合物X。X溶于水后可电离出2-3+

+3+

2-2-

7SO

、Cr

、K

。将

2.83gX

中的

Cr

全部氧化

Cr

O

后，溶液中

Cr

O

与过量

KI

溶液反

42722--+3+

应生成

3.81gI

，对应的离子方程式为

Cr

O

+I

+H

→Cr

+I

+H

O（未配平）。若将过量的22722BaCl

加入溶有

2.83gX

的溶液中，生成白色沉淀

4.66g，则

X

的化学式为（）

2A.KSO·2Cr（SO）3

B.2KSO·Cr（SO）324

2

4

24241D.KSO

·

Cr

（SO

）3

24

2

42C.KSO·Cr（SO）3

2424该习题较为综合运用得失电子守恒、电荷守恒等模型，具有较强的代表性。由题意可知

2-过量的

BaCl

和

2.83gX

反应生成

BaSO

沉淀，由硫酸根离子守恒可知，n（SO

）=n（BaSO

）

24443+=4.66g/233g/mol=0.02mol；n=（I

）=3.81g/254g/mol=0.015mol。由得失电子守恒可知

n（Cr

）

23+3+

+

（6-3）=0.015mol×2，解得

n（Cr

）=0.01mol；由电荷守恒可知

3n（Cr

）+n（K

）=2n×2-+

+

3+

SO

），解得

n（K

）=0.02mol×2-0.01mol×3=0.01mol，因此，n（K

）：n（Cr

）：n4（（2-SO

）=1:1:2，所以选择

C

项。

4二、核心素养下化学平衡模型的教学

[2]化学平衡是高中化学的难点知识，尤其等效平衡模型在高考中出现的频率较高。教学

中为使学生掌握这一重要的模型，教学中应注重围绕具体的实例为学生讲解等效平衡模型下的三种情境，学生搞清楚三种情境的区别与联系，以及对应的变与不变的量，掌握相关参数

之间的变化规律。同时，为锻炼学生运用等效平行模型解答化学习题的熟练程度，教学中应注重做好训练习题的筛选，组织学生开展针对性的训练活动，通过训练进一步澄清学生对等

效平衡模型的认识与理解，积累运用等效平衡模型解题的有效思路。教学中可向学生展示如下训练习题：

例题2：如图1所示，甲乙为容积均为1L的容器。其中甲为恒容，乙为恒压。起初活塞

K

关闭。向甲、乙两容器中分别加入：1molPCl

（g）、1molPCl

（g）+1molCl

（g），恒

532温下发生反应：PCl

（g）⇌PCl

（g）+Cl

（g），平衡时乙的容积为

0.8L，则以下说法错误

532的是（）

图1A.平衡时

PCl

（g）的体积分数：甲＜乙

5B.从甲中移走

0.5molPCl

（g）+0.5molCl

（g），再次平衡时

0.2mol＜n（PCl

）＜0.4mol

525C.甲中

PCl

（g）的转化率超过

60%

5D.将K打开，再次平衡时乙容器的体积为

0.6L

A项，假设乙和甲一样也为恒容，则两容器中的反应等效，但是乙容器相当于增大压强，则平衡逆向移动，PCl

（g）含量增加，因此，PCl

（g）的体积分数甲＜乙，正确。B

项，

55假设甲容器为恒温恒压，则和乙容器平衡等效。对于乙容器由平衡时的体积变化，由三段式

不难求出平衡时

n（PCl

）=0.4mol。实际上甲容器对于乙容器相当于减小压强，平衡正向移5动，则

n（PCl

）＜0.4mol，当移走

0.5molPCl

（g）+0.5molCl

（g）时，相当于减小压强平

552衡正向移动，n（PCl

）＜0.2mol，错误。C

项，由

B

项分析可知甲容器中的

n（PCl

）＜

550.4mol，则转化率超过60%，正确。D项，打开K两容器均恒温恒压，其和乙容器的平衡

等效，因此，再次平衡时体积2×0.8L=1.6L，则乙容器的体积为0.6L，正确。综上只有C

项错误。三、核心素养下电化学模型的教学

[3]高中化学电化学模型主要包括原电池与电解池，两者之间既有区别又有联系。教学中

为使学生更好的掌握两种模型，应注重围绕教学内容在课堂上为学生演示相关的实验，更好的激发学生的学习兴趣，而后与学生一起总结两个模型的相关知识，进一步深化学生对两个

[4]模型本质的理解。不仅如此，为提高学生运用两种模型分析问题的正确率，应注重创设新

颖的问题情境，给学生提供运用模型解答习题的机会，以暴露出学生学习中的问题，通过给予学生指引，及时纠正其理解上的误区，掌握运用电化学模型解题的有效突破口。如下题：

2-7例

3：如图

2

为使用镁次氯酸钠燃料电池消除工业酸性废水中

Cr

O

的过程，其中

22-

73+

CrO

被还原为

Cr

，则以下判断正确的是（）图2

A.装置中电子按照c电极→惰性电极→金属铁电极→d电极流动-B.负极电极反应式Fe-2e=Fe2+

C.使用该装置处理后废水中的PH值增大2-

7D.若该装置消耗

14.4gMg，则理论上消除

Cr

O

的量为

0.2mol

2无论是原电池还是电解池电子均不经过溶液，因此，该装置中电子的移动过程为c电极

惰性电极，金属铁电极→d电极；该电池的负极为Mg失去电子被氧化，电极反应式为Mg-2e-→2+2-

2+

2-

+

3+

3+

Mg

；处理

Cr

O

的总的化学反应方程式为

6Fe

+Cr

O

+14H

=6Fe

+2Cr+7H

O，可知27

2

7

2

=+反应消耗

H

，处理后溶液的

PH

值增加。由电极上转移的电子数相等，可得关系式为

2+2-Mg~6Fe~Cr

O

，14.4gMg

为

0.6mol，则对应消除

Cr

O

的量为

0.1mol，综上选择

C

项。

27

22-

67四、核心素养下晶体结构模型的教学

晶体结构模型是高中化学的重要知识点。教学中为提高学生对晶体结构模型的认识，并能熟练的用于解答相关的高中化学习题，应注重结合具体教学内容组织学生开展制作晶体结

[5]构模型的活动，锻炼学生动手能力的同时，在其头脑中留下深刻的印象。另外，为更好的

拓展学生的视野与能力，应注重围绕晶体结构模型的重点与难点创设相关的问题情境，要求学生分析作答，如下题：

例题4：GaAs

晶体晶胞如图3所示，其具有很高的硬度以及熔点，原子之间通过共价3键（配位键）相连，其密度为

g/cm

，其中

Ga、As

的摩尔质量分别为

M

g/mol、M

g/mol，

GA原子半径分别为

r

pm，rpm，使用

N

表示阿伏伽德罗常数，则以下说法不正确的是（）

GAA图3

A.该晶体为原子晶体B.该晶体中Ga与Aa的配位数是4

C.所有原子均满足8个电子稳定结构3G3A27

4N

(r

r

)10

AD.原子体积占晶胞体积的百分率为

×100%3(M

M

A

)

GA项，由题干描述其硬度大，熔点很高，可知其为原子晶体，正确。B项，晶胞中Ga

11原子数目为

4，AS

原子数目为

6×

+8×

=4，则其配位数为

4，正确。C

项，每个

Ga，As

28均形成4个共价键，无弧对电子，原子均满足8电子稳定结构，正确。D项，由已知条件可

4M

M

A

g，晶

3G3G-30

3知该晶胞原子的总体积为

4×

（

r+rA

）×10

cm

，晶胞质量为

4×

3NA

M

M

A

g÷

G3g/cm，则原子体积占晶胞体积的百分率为

胞体积为4×NA

3G3A30

4N

(r

r

)10

A×100%，错误。

3(M

M

A

)

G五、总结

核心素养下高中化学教学中注重化学建模教学，对提升学生的模型认知素养具有重要的促进意义，因此教学中应从整体上把握高中化学涵盖的模型，制定明确的教学目标，通过理

论知识的系统、经典例题的深入系统的讲解，使学生更好的理解与掌握相关的化学模型，尤其通过开展针对性的训练活动，更好的锻炼其解题思维的灵活性，是其在以后的解题中能够

以不变应万变。参考文献：

1]唐洁,陈迪妹,叶剑强.建模教学在高中化学课堂中的应用——以“原电池工作原理”教学为例[J].中学教学参考,2021(