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      化學模型構建的基礎


      我在2001年參加教導部組織的“全國骨干教師培訓”北師大班上,導師尹冬冬親身輔導我進行了關于“虛擬和實體模型”的課題研究。通過對“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題化學具體化即:幻想模型、實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,尺度狀態下一摩爾任何氣體的體積都近似為22.4L,這是具有實際丈量意義的:將實際狀態下的氣體體積數值繪制曲線后逐漸逼近尺度狀態……這種“逼近法”的近似處理是科學的,是可以在誤差答應范疇內的。

        再比如化學“勒夏特列原理”與物理上電磁感應的阻抗標題很類似,實在這是自然界的廣泛規律。

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

        2.實體模型 比如煉鋼煉鐵爐模型、合成氨合成塔模型、硫酸產業的接觸室模型、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做的模型。這些模型是用于模仿產業生產工藝或體現微粒的空間構型,但它們畢竟不是真實的本體。但對于教學具有形象化、可把持的特點。

        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生邏輯推理才能而人為編造的“盤算技巧”類“偽化學”的模型。這類模型我定義它們為“杜撰模型”!這類模型脫離實驗基礎(化學、物理、生物都是以實驗為基礎的自然學科),憑空杜撰出一個所謂的化學標題,然后讓學生絞盡腦汁,讓老師們挖空心思地往對付這類標題。

        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,求鹽酸的質量分數。

        分析 單純從化學方程式和比例運算角度,應當沒標題。但恰正是盤算的條件——模型出了標題,也就是隨反應的進行酸越來越稀,反應速率越來越慢,天生的二氧化碳還會溶解在水中一部分……所以實際上固體與溶液反應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。因此這樣的標題盤算模型就是杜撰的。

         有人可能會說,對初中生嘛,學習的階段性這樣的標題是可以做滴!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攪拌反應,最多可以產生多少克二氧化碳?試推斷實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)。

         再如一道高中化學標題:必定質量的銅與某濃度的必定體積的硝酸恰好完整反應,產生尺度狀態下必定體積的氣體,求原硝酸的物質的量濃度。

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

         而2009年江蘇省高考題第20題就很好地解決了這個標題:

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

        (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:

          2NO2(g) =(可逆號)N2O4(g)達到平衡。

          其他條件不變時,下列措施能提高NO2轉化率的是  ▲  (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,1.00gN2H4(1)與足量N2O4(1)完整反應天生N2(g)和H2O(1),放出19.14kJ的熱量。

          則反應 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混雜氣體達到平衡時,

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

        (4)現用必定量的Cu與足量的濃HNO3反應,制得1.00L已達到平衡的N2O4和NO2的混雜氣體(17℃、1.01 ×105Pa),理論上至少需耗費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……”

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