坐标系在化学教学中的应用

摘要：将数学工具坐标系巧妙地迁移到化学教学中，利用坐标系帮助学生建立化学知识体系、整合已学知识和新授知识、构建相似问题的思维模型，把化学知识系统化，化学问题模型化，提高学生学习的迁移能力和解决问题的能力。

关键词：坐标系；迁移能力；化学教学

文章编号： 1005–6629(2012)5–0066–03 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

教学要有法，教学更要有妙法。新形势下，化学教师应不断探索创新，寻找高效的教学方法，甚至还可以进行不同学科间方法的迁移运用，有时会有意想不到的奇妙效果，实现高效率的教学效果。笔者在教学实践中巧妙地将数学工具坐标系应用于化学教学，在讲授不同知识时遵循化学知识的规范性要求，适当调整坐标系的部分要素，利用坐标系帮助学生建立化学知识体系、整合已学知识和新授知识、构建相似问题的思维模型，把化学知识系统化，化学问题模型化，更好地促进和提升学生学习的迁移能力和解决问题的能力，使化学学习变得简单容易些。

1 建立一维坐标系——数轴

数轴形象地反映了数和点之间的关系，借助于数与形的相互转化解决了大量的数学问题，因而在数学领域有着广泛的应用。化学上也可以借助数轴来理解记忆有关数和点的知识，并能解决有关根据反应物的量确定反应产物的问题。

1.1 借助数轴来记忆几个关键点

例1 物质溶解性的分类

通常把在室温（20 ℃）时，溶解度在10 g以上的，叫易溶物质；溶解度大于1 g的，叫可溶物质；溶解度小于1 g的，叫微溶物质；溶解度小于0.01 g的，叫难溶物质。如果单纯机械地去记忆，具体的数值范围和对应的溶解性很容易搞混淆，可以借助数轴这样记忆：

从数轴上可以一目了然地看出以溶解度大小区分物质溶解性的3个数值，按照难溶——微溶——可溶——易溶，对号入座就可以了，一个数轴可以记住物质溶解性的所有分类。

例2 分散系及其分类

通常情况下，我们把分散质粒子的直径大于10-7 m的分散系叫做浊液；分散质粒子的直径在10-9~10-7 m之间的分散系叫做胶体；分散质粒子的直径小于10-9 m的分散系叫做溶液[1]。其中关于胶体的考查，考试时经常涉及到，我们也可以借助数轴来帮助理解记忆胶体区别于其他分散系的实质，即分散质粒子的直径大小：

1.2 借助数轴来分析化学反应中有关量的关系

对于某些化学反应，反应物的用量不同，生成物会有多种不同的情况。反之，知道了反应生成物的具体情况，如何来确定反应物的用量呢？借助于数轴就可以很形象地确定化学计量数与产物之间的关系，突破题目的最难点。

例3 向含a g HNO3的稀溶液中，加入b g铁粉充分反应，铁被全部溶解。已知有a/4 g HNO3被还原，则a:b不可能是（ ）

A. 2:1 B. 3:1 C. 4:1 D. 9:2

分析：铁与稀硝酸反应情况如下：

①HNO3过量：Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O

②Fe过量，则Fe与Fe(NO3)3要反应：

Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2

总反应为：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O以n(Fe)/n(HNO3)的比值确定两个关键点，借助数轴来判断反应产物：

通过分析得知，无论是按反应①还是按反应②进行，被还原的硝酸均为参加反应的硝酸的1/4，所以题目给出的条件“已知有a/4 g HNO3被还原”可以忽略了，而根据条件“铁被全部溶解”，将质量换算为物质的量可以得出答案A。

笔者惊喜地发现，近几年高考也出现了以数轴的形式来考查学生对反应物的量与产物之间关系的理解。如2008江苏高考化学卷第13题：研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到直观形象的效果。下列表达不正确的是（ ）

A.密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物：

如果教师在平时的教学过程中，能注意引导学生用数轴来分析类似的问题，打造一种固有的思维模式，学生面对这样的高考题也就驾轻就熟了。

2 建立二维坐标系——平面直角坐标系

平面直角坐标系是在数轴的基础之上发展起来的，它与数轴最大的区别在于平面直角坐标系能将“质点的运动变化过程”描绘出来。在新教材中就出现了较多的在数学基础上调整坐标系的部分要素，演变出来的化学直角坐标系，如《化学反应原理》在描述化学反应过程中的能量变化时，采用了这样的坐标系[2]：

很直观地阐述了某一反应是放热反应还是吸热反应的决定因素。

对于元素周期表，我们也可以看作是以周期为横坐标，以族为纵坐标建立起来的直角坐标系，可以很快地熟悉元素周期表的结构，快速地确定元素在周期表中的位置，还能将元素的金属性和非金属性，元素的第一电离能和电负性等递变性规律在这样特殊的坐标系中反映出来。在教学过程中，教师可以在知识的整合和题目的讲解时灵活地加以运用。

2.1 建立直角坐标系，突破原有思维，重新整合知识

笔者在《化学1》有关“硫和含硫化合物的相互转化”的教学过程中，采用了一个特殊的直角坐标系，巧妙地解决了以上几个困惑，如图：

以硫的主要化合价“-2、0、+4、+6”为横坐标，物质类别为纵坐标，将本单元中涉及到的含硫的主要物质罗列出来，其中方框中的物质是重点要掌握的，箭头标明物质之间的转化关系，突出本节课的重点知识，同时将前面所学的物质的分类和氧化还原反应的有关知识巧妙地整合起来。这也给了笔者许多启示：新教材要突出“新”，关键是我们的思维要更新，要善于发现和创新。

2.2 建立直角坐标系，化难为简

借助于直角坐标系解决某些化学题目，可以简化反应过程，快速得出结果。

例4 含8.0 g NaOH的溶液中通入一定量的H2S后，将得到的溶液小心蒸干，称得无水物7.9 g，则该无水物中一定含有的物质是（ ）

A. Na2S B. NaHS

C. Na2S和NaHS D. NaOH和NaHS分析：NaOH与H2S的反应情况如下：2NaOH+H2S（不足量）=Na2S+2H2O

8 7.8

NaOH+H2S（足量）=NaHS+H2O

8 11.2

借助直角坐标系可以很快得出答案，如图：

通过直角坐标系可以看出，无水物质为7.9 g时有两种情况，一种是NaOH和Na2S的组合，一种是Na2S和NaHS的组合，故一定含有的物质为Na2S，答案为A。

此外，在处理“铝三角”及“铁三角”等有关题目时，都可以借鉴这种方法，能快速而又准确得出结果。

参考文献：

[1]王祖浩主编.化学1 [M].南京：江苏教育出版社，2008.

[2]王祖浩主编.化学反应原理[M].南京：江苏教育出版社，2008.