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化学模型构建的基础


我在2001年参加教导部组织的“全国骨干教师培训”北师大班上,导师尹冬冬亲身辅导我进行了关于“虚拟和实体模型”的课题研究。通过对“模型”的探讨,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、白之间)外,近两年还想到了将此类标题化学具体化即:幻想模型、实体模型和杜撰模型这样三类模型。

  1.幻想模型 比如“幻想气体”模型,尺度状态下一摩尔任何气体的体积都近似为22.4L,这是具有实际丈量意义的:将实际状态下的气体体积数值绘制曲线后逐渐逼近尺度状态……这种“逼近法”的近似处理是科学的,是可以在误差答应范畴内的。

  再比如化学“勒夏特列原理”与物理上电磁感应的阻抗标题很类似,实在这是自然界的广泛规律。

  还有“质量守恒定律”、分子、原子轨道等等……也可称之为理论模型。

  2.实体模型 比如炼钢炼铁炉模型、合成氨合成塔模型、硫酸产业的接触室模型、分子球棍模型等等,这些都是用看得见、摸得着的具体的材质做的模型。这些模型是用于模仿产业生产工艺或体现微粒的空间构型,但它们毕竟不是真实的本体。但对于教学具有形象化、可把持的特点。

  3.杜撰模型 就是我前一文章中提到的一些所谓为了考核学生逻辑推理才能而人为编造的“盘算技巧”类“伪化学”的模型。这类模型我定义它们为“杜撰模型”!这类模型脱离实验基础(化学、物理、生物都是以实验为基础的自然学科),凭空杜撰出一个所谓的化学标题,然后让学生绞尽脑汁,让老师们挖空心思地往对付这类标题。

  例如一道初中盘算题:必定浓度的100g盐酸与10g 90%的碳酸钙恰好完整反应,求盐酸的质量分数。

  分析 单纯从化学方程式和比例运算角度,应当没标题。但恰正是盘算的条件——模型出了标题,也就是随反应的进行酸越来越稀,反应速率越来越慢,天生的二氧化碳还会溶解在水中一部分……所以实际上固体与溶液反应若欲使固体充分作用,那么溶液必需是大大过量的,否则不可能恰好完整反应。因此这样的标题盘算模型就是杜撰的。

   有人可能会说,对初中生嘛,学习的阶段性这样的标题是可以做滴!但我又要反驳了,为什么不可以以下述方法出题呢?

   将含90%碳酸钙的石灰石10g粉碎后,置于过量盐酸中充分搅拌反应,更多可以产生多少克二氧化碳?试推断实际逸出的二氧化碳的量与理论盘算量之间的误差的大小(提示:自然地表水的pH为何一般都小于7)。

   再如一道高中化学标题:必定质量的铜与某浓度的必定体积的硝酸恰好完整反应,产生尺度状态下必定体积的气体,求原硝酸的物质的量浓度。

   分析 姑且不提酸与铜能否恰好完整反应,就问产生的气体在尺度状态下是否存在四氧化二氮与二氧化氮的平衡,这题就没法解!这就是以就义化学原理“勒夏特列原理”来进行的所谓“电子守恒和物料守恒”的考核“逻辑推理”才能的盘算题!我认为这样的标题就是杜撰模型下“伪化学”盘算题!

   而2009年江苏省高考题第20题就很好地解决了这个标题:

   联氨(N2H4)及其衍生物是—类重要的火箭燃料,N2H4与N2O4反应能放出大批的热。

  (1)已知:2NO2(g)=N2O4(g) ΔH=–57.20kJ·mol―1。必定温度下,在密闭容器中反应:

    2NO2(g) =(可逆号)N2O4(g)达到平衡。

    其他条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是  ▲  (填字母)。

    A.减小NO2的浓度   B.下降温度  C.增加NO2的浓度  D.升高温度

  (2)25℃时,1.00gN2H4(1)与足量N2O4(1)完整反应天生N2(g)和H2O(1),放出19.14kJ的热量。

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

  (3)17℃、1.01×105Pa,密闭容器中N2O4和NO2混杂气体达到平衡时,

   c(NO2) = 0.0300mol·L–1、c(N2O4)=0.0120mol·L–1。盘算反应2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数K。

  (4)现用必定量的Cu与足量的浓HNO3反应,制得1.00L已达到平衡的N2O4和NO2的混杂气体(17℃、1.01 ×105Pa),理论上至少需耗费Cu多少克?

  这道高考题不仅考虑了四氧化二氮与二氧化氮的平衡,还回避了盘算硝酸的量,而是浓硝酸足量!盘算固体铜的量,并且加了定语“理论上至少……”