化学解题思维方法导析,本文主要内容关键词为:思维论文,化学论文,方法论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
化学问题的解决与思维方法的正确运用有着密切的关系,运用科学的思维方法来分析有关化学问题,可以明辨概念,升华基本理论,在解题中能独辟蹊径,化繁为简、化难为易,进而达到准确、快速解答之目的。下面例谈化学解题中的一些常用思维技巧。
一、整体思维
对有些化学问题若“条分缕析”,试图“各个击破”,往往使思维繁琐、遇阻、停滞,反之若能统摄变化的全过程,从整体上析题,则可迅速找到解题的切入点,解题思路简洁、顺畅、灵活。
例1 由NO[,2]、NH[,3]、O[,2]组成的混合气体22.4L,通过稀H[,2]SO[,4]充分吸收后,溶液质量增加26.7g,气体体积缩小至4.48L(体积均指标准状况),剩余气体能使带火星的木条复燃,求原混合气体的平均相对分子质量。
【解析】 一看到混合物计算问题,很多同学就容易想到设未知数,写化学方程式,列方程组,这样虽然也能得出答案,但很麻烦。若根据平均相对分子质量在数值上与平均摩尔质量(g·mol[-1])相等,从整体上研究混合气体的质量和物质的量,可一步到位。
由题意知剩余气体为O[,2],则22.4L原混合气体的质量为:
m=26.7g+(4.48L/(22.4L·mol[-1]×32g·mol[-1]))
=33.1g
即混合气体平均相对分子质量为33.1
二、转化思维
转化思维是指不要被所给问题的形式所束缚,而能依具体情况进行“变通”。如将一个难题分解成几个简单的小问题;将直接难求解的问题变为间接求解的问题等。这种问题变换的技巧常用于解繁杂的综合性计算题、陌生的信息迁移题和书写复杂的化学方程式等。
例2 自然界的磷矿中,磷灰石[Ca[,3](PO[,4])[,2] ]的含量较少,工业上生产磷肥常用地壳中含量较多的氟磷灰石[Ca[,5](PO[,4])[,3]F]生产,写出工业上用氟磷灰石为原料生产过磷酸钙的化学方程式。
三、逻辑思维
逻辑思维的特点是对旧有的知识进行符合逻辑的推导和深化,从而获得新知的认识事物的思维方式。在逻辑思维过程中,要注重思维的深刻性,透过复杂的现象发现问题的本质,深入思考,掌握规律,解决问题。
例3 “金刚烷”的结构示意图如右图所示。 其中小黑点表示碳原子,每个碳原子都是4价,氢原子没有画出,图中∠CCC=∠HCH =∠CCH=109.5°。请回答下列问题:
(1)写出金刚烷的化学式__________;
(2)图中共有________个六碳原子环,有______个碳原子被三个环共用;
(3)它的一氯取代物共有_____种同分异构体;
(4)它的二氯取代物共有_____种同分异构体;
【解析】 要正确解答好该题,必须细心观察金刚烷的结构示意图,由表及里、由浅入深,一个个问题进行解答。由结构示意图可以推出它的化学式为C[,10]H[,16],每个分子里有4个六碳原子组成的环, 而且有4个碳原子是三个环共用的。若要正确回答后两个问题, 应该运用逻辑思维原理,推出分子里的10个碳原子可分为两类,一类为—CH—(即三个环共用的碳原子),有4类;另一类为—CH[,2] —(即两个环共用的碳原子),有6个。进而推出该有机物的一氯取代物有2种,二氯取代物有6种。
四、等效思维
等效思维是指从相同的效果出发,对所研究的对象设计出特定的模型,为解题带来方便。如许多化学平衡问题可通过构造一个图形和平衡移动过程从而得以解决。
例4 在体积不变的密闭容器中充入1molNH[,3],建立平衡2NH[,3]3H[,2]+N[,2],此时测得NH[,3]的分解率为x%。若在其他条件不变时,再充入1molNH[,3],待建立新的平衡后,又测得NH[,3]的分解率为y%,则x和y的正确关系为( )。
A.x>yB.x<yC.x=yD.x≥y
【解析】 通过定量计算来确定本题的答案不容易解决,若能根据题意,结合化学平衡原理,构造出变化的示意图,则能化定量为定性,大大降低问题的难度。
从图示中不难看出,状态Ⅰ和状态Ⅲ等效,NH[,3]的分解率相同,状态Ⅲ至状态Ⅱ是压缩过程,致使平衡逆向移动,NH[,3]的分解率降低,故y<x。即A选项正确。
五、极端思维
极端思维是把研究对象或过程变化通过假设定理想的极端值,得极端情况与实际情况的对比,分析偏差发生的原因,作出合理的判断。
例5 一定质量的氧化镁和氧化钙的混合物刚好与10 倍质量的盐酸完全反应,试求盐酸中溶质的质量分数。
【解析】以极端思维为指导,将问题看成由氧化镁、氧化钙分别与10倍其质量的盐酸反应,再设未知数求解则易于解决问题。
(1)设氧化镁与10倍其质量的盐酸刚好完全反应,设MgO的质量为a,并设盐酸中溶质的质量分数为x,则有
故盐酸溶液中溶质质量分数在13.04%~18.25%之间。
六、逆向思维
逆向思维是指思维程序与通常相反,不是从原因来推知结果,而是从结果入手分析解题思路。逆向思维有它的独特性,能克服思维定势的消极影响,充分运用逆向思维来求解某些化学问题,有时比正向思维来得更简便,更巧妙。
例6 向一定量由Fe、FeO、Fe[,2]O[,3] 组成的混合物中加入100mL1mol·L[-1]的盐酸,能恰好使混合物完全溶解。放出224mL标准状况下的气体,向所得溶液中加入KSCN溶液,无红色出现。问:用足量的CO在高温下还原等质量该混合物,能得到多少克铁?
【解析】 此题按常规方法求解,繁琐、复杂、难度大,但运用逆向思维求解,则能十分巧妙、简洁地得出答案。加盐酸后,铁、氯元素恰好形成FeCl[,2],其中Cl[-]为0.1mol,则Fe[2+]为0.05mol,用足量的CO还原等质量的该混合物能得到铁的质量为:0.05mol×56g·mol[-1]=2.8g
七、直觉思维
这是一种迅速地感觉并做出判断的思维形式。它建立在丰富经验的基础上,具有敏捷性的特点,凭借解题时的思维情境,透发直觉思维,能使解题过程出奇制胜,这种思维尤适合于选择题中的计算。
例7 在一个体积一定的密闭容器中,放入3LX气体和2LY气体, 在一定条件下发生反应:4X(g)+3Y(g)2Q(g)+nR(g)
达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的压强比原来强加5%,X气体的浓度减少1/3。则该反应方程式中的n值是( )。
A.3B.4C.5D.6
【解析】 按常规思路,根据化学平衡计算模式去求解,势必“小题大作”。若解题经验丰富,将思维突破点选在“混合气体压强比原来增加5%”,则可知该反应为气体体积增大的反应,即4+3<2+n,n>5。故答案选D。
八、类比思维
类比是一种从一般到特殊,或由特殊到一般的推理,是比较思维对象之间的某些方面相同或相似的一种思维过程。在类比思维过程中。要注重思维的敏捷性和严密性,要认真、仔细地找出思维对象之间的细微差异,进行比较、推理,发现规律,解决问题。
例8 碘化磷(PH[,4]I)是一种白色晶体,根据你所学过的知识,判断下列关于PH[,4]I的描述正确的是( )。
A.它是离子晶体,高温不分解
B.它的水溶液呈酸性
C.它能与强碱反应放出PH[,3]
D.它不能与氯水反应
【解析】 PH[,4]I这种物质在中学没有学过,但联想、类比N与P,Cl与I均为同主族元素,则PH[,4]I与NH[,4]Cl的结构与性质是相似的。进而推知答案为B、C。
九、求异思维
求异思维的精髓是突破传统做法。这种思维方法使问题的解决更简洁、更具实战性,因有些命题者喜欢以一般性的知识为载体来考查特殊的知识点。
例9 短周期中的两种元素可以形成原子个数比为2∶3的化合物, 则这两种元素的原子序数之差不可能是( )。
A.1B.3C.5D.6
【解析】 考虑此题目时往往着眼于规律性的认识,误认为这二种元素一定分别处于ⅢA和ⅣA族,即应形成Al[,2]O[,3]、B[,2]O[,3]、Al[,2]S[,3]等物质,这两种元素的原子序数之差可以是5或3,却忽视了另一种特殊化合物N[,2]O[,3]的存在,故正确答案应选D。
十、有序思维
顺着一定的线索,按照一定的规律有条不紊地思考,按部就班地分析,由此及彼地推理,即为有序思维。在解题中,应从题意入手,缕出条理,使分析有序,解决问题有据。这种思维方法能有效地防止遗漏和重复,迅速找出正确的解题途径。
例10 现有Fe、Cu组成的合金,其中Cu、Fe的总物质的量为a mol,Cu的物质的量分数为x;研成粉末后,全部投入含b mol HNO[,3]的稀溶液中,微热使其充分反应,且硝酸的还原产物只有NO,试回答下列问题:
(1)用微粒符号填写下列空白(列举出全部可能的情况);
(2)当溶液中金属离子只有Fe[2+]、Cu[2+]时,则b的取值范围是(用a、x表示)__________;
(3)当x=0.5,且溶液中Fe[3+]与Fe[2+]的物质的量相等时,在标准状况下共产生672mL气体。求a、b的值。
【解析】 (1)按照有序思维,假设HNO[,3]的量逐渐增多,因Fe比Cu活泼,故应优先反应,且Fe[3+]不能与Cu、或Fe、或Cu和Fe 共存于溶液中,据此可依次确定残留固体的成分及溶液中的金属离子。其分别为