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化學(xué)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)


我在2001年參加教導(dǎo)部組織的“全國骨干教師培訓(xùn)”北師大班上,導(dǎo)師尹冬冬親身輔導(dǎo)我進(jìn)行了關(guān)于“虛擬和實(shí)體模型”的課題研究。通過對(duì)“模型”的探討,我略微知道了“模型”的黑化(混沌、未知的)、白化(明白、明了的)和灰化(介于黑、白之間)外,近兩年還想到了將此類標(biāo)題化學(xué)具體化即:幻想模型、實(shí)體模型和杜撰模型這樣三類模型。

  1.幻想模型 比如“幻想氣體”模型,尺度狀態(tài)下一摩爾任何氣體的體積都近似為22.4L,這是具有實(shí)際丈量意義的:將實(shí)際狀態(tài)下的氣體體積數(shù)值繪制曲線后逐漸逼近尺度狀態(tài)……這種“逼近法”的近似處理是科學(xué)的,是可以在誤差答應(yīng)范疇內(nèi)的。

  再比如化學(xué)“勒夏特列原理”與物理上電磁感應(yīng)的阻抗標(biāo)題很類似,實(shí)在這是自然界的廣泛規(guī)律。

  還有“質(zhì)量守恒定律”、分子、原子軌道等等……也可稱之為理論模型。

  2.實(shí)體模型 比如煉鋼煉鐵爐模型、合成氨合成塔模型、硫酸產(chǎn)業(yè)的接觸室模型、分子球棍模型等等,這些都是用看得見、摸得著的具體的材質(zhì)做的模型。這些模型是用于模仿產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)工藝或體現(xiàn)微粒的空間構(gòu)型,但它們畢竟不是真實(shí)的本體。但對(duì)于教學(xué)具有形象化、可把持的特點(diǎn)。

  3.杜撰模型 就是我前一文章中提到的一些所謂為了考核學(xué)生邏輯推理才能而人為編造的“盤算技巧”類“偽化學(xué)”的模型。這類模型我定義它們?yōu)椤岸抛P汀保∵@類模型脫離實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)(化學(xué)、物理、生物都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科),憑空杜撰出一個(gè)所謂的化學(xué)標(biāo)題,然后讓學(xué)生絞盡腦汁,讓老師們挖空心思地往對(duì)付這類標(biāo)題。

  例如一道初中盤算題:必定濃度的100g鹽酸與10g 90%的碳酸鈣恰好完整反應(yīng),求鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

  分析 單純從化學(xué)方程式和比例運(yùn)算角度,應(yīng)當(dāng)沒標(biāo)題。但恰正是盤算的條件——模型出了標(biāo)題,也就是隨反應(yīng)的進(jìn)行酸越來越稀,反應(yīng)速率越來越慢,天生的二氧化碳還會(huì)溶解在水中一部分……所以實(shí)際上固體與溶液反應(yīng)若欲使固體充分作用,那么溶液必需是大大過量的,否則不可能恰好完整反應(yīng)。因此這樣的標(biāo)題盤算模型就是杜撰的。

   有人可能會(huì)說,對(duì)初中生嘛,學(xué)習(xí)的階段性這樣的標(biāo)題是可以做滴!但我又要反駁了,為什么不可以以下述方法出題呢?

   將含90%碳酸鈣的石灰石10g粉碎后,置于過量鹽酸中充分?jǐn)嚢璺磻?yīng),最多可以產(chǎn)生多少克二氧化碳?試推斷實(shí)際逸出的二氧化碳的量與理論盤算量之間的誤差的大小(提示:自然地表水的pH為何一般都小于7)。

   再如一道高中化學(xué)標(biāo)題:必定質(zhì)量的銅與某濃度的必定體積的硝酸恰好完整反應(yīng),產(chǎn)生尺度狀態(tài)下必定體積的氣體,求原硝酸的物質(zhì)的量濃度。

   分析 姑且不提酸與銅能否恰好完整反應(yīng),就問產(chǎn)生的氣體在尺度狀態(tài)下是否存在四氧化二氮與二氧化氮的平衡,這題就沒法解!這就是以就義化學(xué)原理“勒夏特列原理”來進(jìn)行的所謂“電子守恒和物料守恒”的考核“邏輯推理”才能的盤算題!我認(rèn)為這樣的標(biāo)題就是杜撰模型下“偽化學(xué)”盤算題!

   而2009年江蘇省高考題第20題就很好地解決了這個(gè)標(biāo)題:

   聯(lián)氨(N2H4)及其衍生物是—類重要的火箭燃料,N2H4與N2O4反應(yīng)能放出大批的熱。

  (1)已知:2NO2(g)=N2O4(g) ΔH=–57.20kJ·mol―1。必定溫度下,在密閉容器中反應(yīng):

    2NO2(g) =(可逆號(hào))N2O4(g)達(dá)到平衡。

    其他條件不變時(shí),下列措施能提高NO2轉(zhuǎn)化率的是  ▲  (填字母)。

    A.減小NO2的濃度   B.下降溫度  C.增加NO2的濃度  D.升高溫度

  (2)25℃時(shí),1.00gN2H4(1)與足量N2O4(1)完整反應(yīng)天生N2(g)和H2O(1),放出19.14kJ的熱量。

    則反應(yīng) 2N2H4(1)+N2O4(1)=3N2(g)+4H2O的ΔH =  ▲  kJ·mol―1 。

  (3)17℃、1.01×105Pa,密閉容器中N2O4和NO2混雜氣體達(dá)到平衡時(shí),

   c(NO2) = 0.0300mol·L–1、c(N2O4)=0.0120mol·L–1。盤算反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g)的平衡常數(shù)K。

  (4)現(xiàn)用必定量的Cu與足量的濃HNO3反應(yīng),制得1.00L已達(dá)到平衡的N2O4和NO2的混雜氣體(17℃、1.01 ×105Pa),理論上至少需耗費(fèi)Cu多少克?

  這道高考題不僅考慮了四氧化二氮與二氧化氮的平衡,還回避了盤算硝酸的量,而是濃硝酸足量!盤算固體銅的量,并且加了定語“理論上至少……”