计算化学在基础教育的创新应用

苌青　刘健

摘要：采用实验探究和计算模拟相结合的教学模式，将“一种金属与多种盐溶液反应”或“多种金属与一种盐溶液反应”的体系模型化，浅显直观地展示了该过程中各种反应是同时进行的，只是由于活动性差异、离子扩散和原电池效应的共同作用产生了“优先性”的效果。模型真实地再现了微粒间相互作用的动态过程及体系的动态平衡，直接观察到充分反应后固体和溶质的微粒种类，生动形象地呈现了析出固体枝状结构的形成过程。

关键词：金属活动性;置换反应;计算模拟;初中化学

文章编号：1005-6629（2021）04-0093-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在金属活动性顺序的应用中，金属与金属盐溶液的置换反应是初中化学的重点及难点。对于简单的一种金属与一种金属盐溶液的反应体系，通过宏观的实验现象如“将锌片置于硫酸铜溶液中观察到有红色固体析出”，可得出活动性Zn>Cu。近年上海市初中考试中，关于“金属与盐溶液置换反应”会涉及到较复杂的两种题型：一种金属与多种盐溶液反应，或者多种金属与一种盐溶液反应，见表1。

这两类题型涉及的实际反应过程过于复杂，通常解决此类问题的方法为基于文字描述的简单逻辑推理，如“金属与盐溶液反应时，最活泼的金属优先与最不活泼的金属盐溶液进行反应，且该反应一定发生，生成物一定存在”。通过实际的教学过程发现，学生虽然掌握了这些解题方法和技巧，但对此类化学反应本质的理解还是模糊的。这……