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基于“建构模型” 突破高考难点 ——以“粒子浓度大小比较”为例

《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出:“证据推理与模型认知”是高中化学五大核心素养之一。模型认知的具体内涵有:能认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象,预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架[1]。粒子浓度大小比较一直是高三化学复习教学和高考难点、热点专题之一。教学中要引领学生模型认知,帮助学生树立模型意识,在难点突破中建构模型,促进学生逐渐将模型认知固化为自己学习的一种重要方式。

一、厘清概念,建构概念认知模型,突破难点“K、pK等的理解与应用”

高考试题中出现K和pK等符号或概念时,学生比较陌生,无所适从。教师应当引导学生克服畏惧心理,厘清概念、理解概念、建构模型、应用模型。

第三,知识的重组过程。知识的提炼,源于实践也应用于实践。可重组化是知识的最基本属性之一。在组织内不断的生产实践、技术创新活动过程中,组织内显性知识也将不断得到重新组合而形成系统化的新的显性知识。

1.厘清概念

理解电离常数K的概念及意义,正确判断酸或碱的相对强弱。以二元弱酸H2A为例:

2017年以来,行业发展以“稳中求进,健康发展”为总基调,转型升级稳步推进,结构调整进展明显,行业效益走出低谷,运行质量稳步提升。具体表现有四:一是创新成为企业高质量发展的推进器和绿色可持续发展的源动力,肥料增效研发力度持续增大,新型肥料占比不断提高;二是农化服务脱虚向实,走向前台,服务在前、产品在后成为营销新策略和拓展产业链的重要一环;三是规模化扩张得到有效遏制,行业持续健康运行;四是国际交流合作取得积极进展,多家国内企业参与国际并购和行业标准制定,国际话语权进一步提升。总之,在纷繁复杂的形势和多重矛盾交叠的困难条件下,行业承压前行,取得了来之不易的成绩。

2.建构模型

进一步深化对概念的认知,建构相应的概念认知模型:

(1)K值越大或pK越小,电离程度越大,酸性或碱性就越强,其相应离子的水解能力越弱;K值越小或pK越大,电离程度越小,酸性或碱性就越弱,其相应离子的水解能力越强。

心里憋闷,从第一天的军训起,我就萎靡不振。军训无聊,特别是原地站立时,一站就是半小时。想不到的是教官居然命令男女生近距离面对面站立,在这漫长的半小时里,身体不动,眼睛却是互相打量。

(2)K只随温度的变化而变化,一般温度升高,K值变大。

管理说到底就是管和理,由于人与事密不可分,人都要有事做,事都要人去做,管与理也就相提并论、互相影响,但在学校的实际工作中管和理的侧重点是有所不同的。

例1 (2017年江苏卷14题)常温下,Ka(HCOOH)=1.77×10-4,Ka(CH3COOH)=1.75×10-5,Kb(NH3·H2O)=1.76×10-5,下列说法正确的是

人都聚集到了北坝两座山包间谷口处。迟恒惊慌失措赶到,不知道自己能做什么。狂泼的雨如同充满仇恨的怨妇,歇斯底里要用她的泪与呜咽去吞噬所有。他看见有人在架水泵、挖放泵的水洼,有人向坝堤外侧铺又长又宽的塑料布以作临时水渠,避免泄水冲涮砂质堤坝,迟恒赶紧过去帮着铺。很快,四台水泵开始抽吸库面积水往外吐。他从坝坡爬上来,水如蛇一样阴冷地已绕上脚根,不远处,魏昌龙蹲在坝旁一动不动死死盯着边线水位。迟恒刚想过去,突然想到极度紧张的人,很容易暴躁失控。

A.浓度均为0.1 mol·L-1的 HCOONa和NH4Cl溶液中阳离子的物质的量浓度之和:前者大于后者;

B.用相同浓度的NaOH溶液分别滴定等体积pH均为3的HCOOH和CH3COOH溶液至终点,消耗NaOH溶液的体积相等;

C.0.2 mol·L-1HCOOH 与 0.1 mol·L-1NaOH 等体积混合后的溶液中:c(HCOO-)+c(OH-)=c(HCOOH)+c(H+);

5.1.2.2 应根据经营食品的特性及风险等级确定检测项目、检测频率。蔬菜应在每次收货时抽样检测农药残留;猪、牛羊肉应确保每周抽样检测3次或以上瘦肉精。

得到频繁项集以后,通过菜单项“关联规则导出”,即可导出关联规则,对导出的关联规则,进行进一步分析,找到有意义的规则,对公司的决策提供支持。

D.0.2mol·L-1CH3COONa与0.1mol·L-1盐酸等体积混合后的溶液中(pH<7):c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(CH3COOH)>c(H+)。

3.应用模型1

根据以上概念模型可知:电离程度HCOOH>NH3·H2O=CH3COOH(近似相等),酸性 HCOOH>CH3COOH,水解能力

。推知相同浓度的CH3COONa溶液和NH4Cl溶液中阳离子或阴离子浓度之和近似相等(等效法),而相同浓度的HCOONa比CH3COONa溶液水解程度小、碱性较弱即c(H+)较大,故0.1mol·L-1的 HCOONa 溶液中阳离子的物质的量浓度之和大于NH4Cl溶液,A选项正确。用同浓度的NaOH溶液分别滴定等体积pH均为3的HCOOH和CH3COOH至终点,消耗NaOH溶液的体积弱酸CH3COOH较多,B选项错误。

例2 (2018届南京、盐城一模)已知:25℃时H2C2O4的pKa1=1.22,pKa2=4.19,CH3COOH的pKa=4.76(电离常数K的负对数-lg K=pK)。下列说法正确的是

A.浓度均为0.1mol·L-1的NH4HC2O4和CH3COONH4溶液中:c(

)前者小于后者

B.0.1 mol·L-1H2C2O4溶液中:c(2

·c(H2C2O4)=102.97

C.0.1 mol·L-1K2C2O4溶液滴加盐酸至pH=1.22:c(H+)-c(OH-)=c(Cl-)-3c(

D.0.1 mol·L-1CH3COONa溶液中滴加 KHC2O4溶液至pH=4.76:c(K+)>c(

4.应用模型2

根据以上概念模型可知:H2C2O4的pKa1<CH3COOH 的pKa,酸性H2C2O4>CH3COOH,水解能力

,故浓度均为0.1 mol·L-1的NH4HC2O4和CH3COONH4溶液中:c(
)前者大于后者,A选项错误。
)·c(H2C2O4)=Ka1/Ka2=102.97,故B选项正确。若pH=4.19,则c(
),溶液的pH=4.76,碱性增强,则c(
故D选项错误。

二、追寻目标,建构理论分析模型,突破难点“等式或不等式的判断”

高考试题中出现等式或不等式时,学生对量的关系不敏感,无法比较。教师应当引导学生深刻剖析相关理论(一主次、二理论、三守恒),从守恒等式入手经过叠加或适当变形,向“目标关系式”靠拢,最后作出正确的判断。

1.剖析理论

一主次:强电解质电离的离子是主要的,水解及弱电解质的电离是微弱的、次要的,二级电离、水解更微弱。

二理论:电离理论和水解理论。弱酸或多元弱酸根离子、弱碱的电离,弱离子(弱酸根离子、弱碱阳离子)的水解。

三守恒:电荷守恒、物料守恒、质子守恒。

2.建构模型

深刻理解电解质溶液的相关理论,建构理论分析模型:析组成、分主次;列守恒、防错漏;向目标,巧变形。

(1)变形1 等式变形

例3 (2018年江苏卷14题)H2C2O4为二元弱酸,Ka1(H2C2O4)=5.4 × 10-2,Ka2(H2C2O4)=5.4 × 10-5,设H2C2O4溶液中 c(总)=c(H2C2O4)+c(

)+c(
)。室温下用NaOH溶液滴定25.00mL 0.1 000mol·L-1 H2C2O4溶液至终点。滴定过程得到的下列溶液中微粒的物质的量浓度关系一定正确的是

一次泥石流固体冲出物按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DT/T 0220-2006)附录I提供的计算公式进行计算:

而作为外商直接投资的重要途径,跨国并购常常直接或间接地导致知识产权风险,有些重要知识产权对外转让甚至可能危及国家安全,损害国家利益。通过实施知识产权评议(知识产权审查),全面深入地分析跨国并购所涉及的知识产权问题,有利于我国政府和企业准确评估知识产权价值,掌握相关技术领域的知识产权状况,在跨国并购中制定合理的策略与技术路线,防止核心知识产权流失,避免国家安全或国家利益受到损害。

3.应用模型1

H2C2O4溶液电荷守恒:c(H+)=c(OH-)+c(

2c(
,c(总)=c(H2C2O4)+c(
)+c(
0.1 000mol·L-1②,联立①②知A正确;滴定过程中始终有电荷守恒:c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(
2c(
,若 c(Na+)=2c(总)=2[c(H2C2O4)+c(
c(
)],代入上式知D正确;若pH=7,此时溶液的总体积增大,c(总)<0.1 000mol·L-1,结合电荷守恒知C错误;若c(Na+)=c(总),即为NaHC2O4溶液,故c(Na+)>c(H+)>c(
)>c(H2C2O4)。

本文选用地理坐标系建立INS导航方程,主要由于地理坐标系的三个坐标轴分别沿当地纬度线指向正东、沿当地子午线指向正北、沿当地参考椭球的法线指向天空。所以,利用地理坐标系力学编排方程,作为系统输出的导航参数,可直接得到舰船的地理坐标,即纬度、经度、高度,表示为(φ,λ,h)[5]。

例2中C选项:0.1 mol·L-1K2C2O4溶液滴加盐酸至pH=1.22:c(H+)-c(OH-)=c(Cl-)-3c(HC2O-4)。

4.应用模型2

根据pH=pKa1得:c(HC2O-4)=c(H2C2O4

(2)变形2 不等式变形——特殊的等式

例4 H2S为二元弱酸。20℃时,向0.100 mol·L-1 Na2S溶液中缓慢通入HCl气体(忽略溶液体积的变化及H2S的挥发)。下列指定溶液中微粒的物质的量浓度关系一定正确的是

A.通入HCl气体之前:c(S2-)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+

真实盈余管理。本文参考 Roychowdhury(2006)[27]的方法,对真实盈余管理模型进行分年度分行业回归:

B.c(HS-)=c(S2-)的碱性溶液中:c(Cl-)+c(HS-)>0.100 mol·L-1+c(H2S)

C.pH=7的溶液中:c(Cl-)=c(HS-)+2c(H2S)

D.c(Cl-)=0.100 mol·L-1的溶液中:c(OH-)-c(H+)=c(H2S)-c(S2-

5.应用模型3

向0.100 mol·L-1Na2S溶液中缓慢通入HCl气体至 c(HS-)=c(S2-)的碱性溶液中:

电荷守恒:c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(Cl-)+c(HS-)+2c(S2-

四棱豆种子皮较坚硬,不易发芽,为提高发芽率,应进行种子处理,先晒种1~2天,再用55℃的温水浸泡15分钟,后用清水浸种24小时,捞出,用湿纱布包好,28~30℃条件下催芽。待种子“露白”即可播种。

物料守恒:c(Na+)=2[c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)]

变形得:c(H+)+c(HS-)+c(H2S)+c(H2S)=c(OH-)+c(Cl-

再同加上 c(HS-)变形得:c(H+)+c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)+c(H2S)=c(OH-)+c(Cl-)+c(HS-

即 c(H+)+0.100mol·L-1+c(H2S)=c(OH-)+c(Cl-)+c(HS-

因为c(H+)<c(OH-)(碱性溶液),所以上式:0.100mol·L-1+c(H2S)>c(Cl-)+c(HS-),故 B选项错误。

(3)变形3 等式和不等式综合变形

例5(2018届南京、盐城二模)25℃时,下列有关溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是

面神经炎被认为是多因素相关的一种面神经疾病,流行病学表明男女发病风险疾病相等,20~40年龄段的人群更为高发。本研究中男性患者发病人数较女性稍多,但男女发病风险比较,差异无统计学意义(OR=1.003)。本研究发现31~70岁年龄段人群有更高的发病率。考虑到本研究的对象均为惠州市三甲医院住院病人,而部分面神经炎患者可在门诊治疗,住院患者往往是年老体弱者有关。

C.向0.1 mol·L-1CH3COONa溶液通入HCl至pH=7:c(Na+)>c(Cl-)=c(CH3COOH)>c(H+

D.pH=11的氨水和pH=3的盐酸溶液等体积混合,所得溶液中:c(Cl-)>c(

>c(OH-)>c(H+

6.应用模型4

向0.1 mol·L-1CH3COONa溶液通入HCl至pH=7,根据理论分析模型中电荷守恒和物料守恒叠加变形得:c(Cl-)=c(CH3COOH),再由物料守恒得:c(Na+)>c(CH3COOH),同时结合H+来源知C选项正确。

三、获取信息,建构图表表征模型,突破难点“滴定曲线等信息的解读”

高考或模拟题中出现滴定曲线等图表时,学生不能正确读图、识图、析图,思维无序甚至混乱。教师应当引导学生正确解读图表,加工、提炼并获取图表中的相关数据和信息,建构图表表征模型,准确描述并解释相应的化学现象[2]

1.获取信息

分析图中横坐标、纵坐标的意义,结合曲线的变化趋势、特殊点对应的数据等;分析表格中数据及实验现象,定性或定量地获取信息。

2.建构模型

解读文本、图表,获取信息,建构图表表征模型:看反应,析组成,关注特殊点(起点、中和生成酸式盐或正盐点、中性点等),建立等量关系。

例6(2018届苏北四市一模)常温下,Ka1(H2C2O4)=10-1.3,Ka2(H2C2O4)=10-4.2。用0.1000 mol·L-1 NaOH溶液滴定10.00 mL 0.1000 mol·L-1H2C2O4溶液所得滴定曲线如下图1。下列说法正确的是

图1 滴定曲线

A.点①所示溶液中:c(Na+)>c(

)>c(H2C2O4)> c(

B.点②所示溶液中:c(

C.点③所示溶液中:c(Na+)=c(

D.点④所示溶液中:c(Na+)+2c(H2C2O4)+2c(H+)=2c(OH-)+2c(

3.应用模型

滴定过程中任意时刻的溶液均满足电荷守恒关系式,酸式盐或正盐有对应的物料守恒关系式,中性溶液中c(H+)=c(OH-)。点②所示溶液中,由概念认知模型

和图表表征模型pH=4.2可得
)。点④所示溶液中,电荷守恒、物料守恒叠加变形可知D选项正确。

复习“粒子浓度大小比较”时,我们可以先厘清概念、认知概念模型、建构模型,再应用相应的模型突破难点“K、pK等的理解与应用”;先依据目标、剖析理论、建构理论分析模型,再应用相应的模型突破难点“等式或不等式的判断”;先获取信息、建构图表表征模型,再应用相应的模型突破难点“滴定曲线等信息的解读”。“认知模型、分析模型、建构模型、应用模型”是突破高考难点的重要路径和方法,可以大大提高高三复习效率。因此,教学中教师应当引领学生建立认知模型,建构相应的模型,并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律[3]

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018

[2] 陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学,2017(9):19-23

[3] 厉业余.模型在高三化学复习难点突破中的应用——以“化学反应速率和化学平衡”为例[J].中学化学,2018(9):46-50

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