数轴法在化学教学中的应用

〔关键词〕 化学教学；数轴法；应用

〔中图分类号〕 G633.8 〔文献标识码〕 C

〔文章编号〕 1004—0463（2013）11—0084—01

数轴作为数学工具，不仅用于解决数学问题，而且在中学化学教学中也有较为广泛的应用。

在比较物质氧化性（或还原性）强弱时，考虑到最高价态的元素只具有氧化性，最低价态的元素只具有还原性，具有中间价态的元素及其化合物在一定条件下，既可能表现氧化性，也可能表现还原性，所以发生氧化还原反应时，以元素相邻价态间的转化最容易。同种元素的相邻价态之间不能发生氧化还原反应，同种元素不同价态若能发生氧化还原反应，元素的化合价只靠近而不交叉。这些知识点学生记忆起来较麻烦，而利用数轴处理这些问题，图象直观、区间明显，从而使复杂问题简单化，抽象问题直观化，往往可以大大提高解决问题的速度，起到事半功倍的效果。

案例1 已知反应KClO3 + 6HCl = KCl+3Cl2+3H2O

（1）标出该反应中电子转移的方向和数目。

（2）反应中被氧化的氯原子和被还原的氯原子个数比是多少？

解析：同种元素不同化合价之间发生氧化还原反应时，元素化合价变化遵循只靠近不交叉的原则，即“归中”规律。“归中”规律在氧化还原反应的学习中具有重要地位，它是氧化还原反应中标注电子转移方向和数目的标准，是正确解答有关氧化剂、还原剂、氧化产物及还原产物的比值等问题的基础。高一学生对这一规律往往不能准确理解运用，导致在解决实际问题时出现错误。

解法一：

得出反应中被氧化的氯原子与被还原的氯原子的个数比为6∶1。

解法二：

由双线桥上标注的电子数可知，反应中有5个氯原子化合价升高被氧化，有1个氧原子化合价降低被还原，即反应中被氧化的氯原子与被还原的氯原子的个数比为5∶1。

教学评价：案例中电子转移的标法有两种状况。这两种电子转移的标法都遵循“得失电子总数相等”的基本原则，但是显然只有一种电子转移的标法是正确的，符合客观实际。

第一种解法中，氯元素的化合价一部分由-1价升高到0价，另一部分由+5价降低到-1价，出现了交叉现象，在数轴上作如下表示：

第二种解法中，氯元素的化合价一部分由-1价升高到0价，另一部分由+5价降低到0价，靠近而不交叉，在数轴上作如下表示：

教学小结：同种元素不同化合价之间发生氧化还原反应时，化合价发生了交叉，这是不允许的。利用数轴分析法能更直观地体现化合价变化的“靠近”和“交叉”，有效地解决对归中规律的理解问题。

学生反馈：这种利用数轴分析法解读归中规律，简单易学，容易理解、接受，从而快速掌握这一重要规律。

案例2 向含有0.1molFeBr2的溶液中通入0.1molCl2，求被氧化的Br-的物质的量。

解析：1.Cl2通入FeBr2的溶液中可能发生的反应及Cl2和FeBr2物质的量的比值。

（1）6FeBr2+3Cl2=4FeBr3+2FeCl3.■=2

（2）2FeBr2+3Cl2=2Br2+2FeCl3.■=■

2.在数轴上找出 n（Cl2）：n（FeBr 2）所对应的点，并将对应的物质填在上面，这样整个数轴分成3部分。

3.由数轴可以清楚地看出：当n（Cl2）∶n（FeBr 2）=1∶1时，Fe2+全部被氧化，Br- 部分被氧化。

4.可设被氧化Br- 为x mol，则有

a Fe2+ + x Br- + b Cl2 = a Fe3+ + 2bCl- + x/2 Br2

有电子守恒，可知a + x = 2b 即0.1 + x = 2×0.1；x = 0.1

则被氧化的Br- 为0.1mol。

综上所述，数轴法应用于氧化还原反应的学习中，的确可以将许多问题直观、形象、简明化。所以，我们要善于思考，巧妙地利用数学工具解决化学问题。