化学问题解决的思维策略_氢原子论文

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一、整体性思维策略

一般求解化学题,较多运用分析法去求解,即从解决这一问题还需哪些条件着手,其后分别寻求这些条件。但一旦形成定势,其副作用是很大的。

例题一、反应:2NH[,3](g)+CO[,2](g)=CO(NH[,2])[,2](s)+H[,2]O(g)

已达到化学平衡,若增大压强,平衡移动,但混合气体的平均相对分子质量不变,下列说法中正确的是:

A、原平衡混合气体的平均相对分子质量为30

B、原平衡混合气体的平均相对分子质量为28

C、起始时,NH[,3]与CO[,2]的体积比为13/14

D、起始时,NH[,3]与CO[,2]的体积比为14/15

解析:该题采用常规的解法很繁且容易出错,如果采用整体思维策略来看,即减少部分的气体的质量与减少部分的气体的物质的量之比应完全等于题设的达到第一次平衡后气体的平均相对分子质量。设第一次平衡态混合气体的平均摩尔质量为Mg/mol,又设压强增大化学平衡移动后又有x mol CO[,2]转化为CO(NH[,2])[,2]。显然压强增大,平衡向右移动,导致气体的物质的量减少,因为气体的平均分子相对质量不变,所以:

M=m(气体质量的减少)/n(气体物质的量的减少)=[xmol×60g/mol]/2xmol=30g/mol

故该题答案选(A)。

其实,这就是数学中等比定律的应用,设达第一次平衡时反应混合物的总质量为m,气体的总的物质的量为n,达第二次平衡时又生成了尿素ymol,则存在以下关系:

M=m/n=m-60y/n-2y=60y/2y=30g/mol

例题二、25℃时,CuSO[,4]的溶解度为sg,把sg的无水硫酸铜粉末加入到饱和硫酸铜溶液中,得到一定量的蓝色晶体,若将此蓝色晶体溶解成饱和溶液,应向原溶液中加水(质量单位为g):

A.(100+s)B.100

C.(100-9s/25) D.(100+16s/25)

解析:当一定量的蓝色晶体析出后,留下来的溶液依然是饱和溶液,那么该晶体可以看成是由sg硫酸铜粉末和从原溶液中减少的部分饱和溶液组成的,显然要将该晶体再溶于水制成饱和溶液,只需加入能将sg硫酸铜粉末配成泡和溶液的部分的水的质量即可,即需加入水质量为100g。故该题答案选(B)

例题三、常温常压下,某气态烃与O[,2]的混合气体共8L,完全燃烧后,将生成物通过浓硫酸体积变为4L(同温同压下测定),则该烃可能是①CH[,4]②C[,2]2H[,6]③C[,3]H[,8]④C[,2]H[,4]⑤C[,2]H[,2]

A.只可能是⑤B.①和④

C.③除外D.⑤除外

解析:在教学当中发现许多同学是采用一个一个代入具体的烃的分子式的方法求解,费力又易出错,究其原因主要是缺少整体性考虑,对题干的信息利用不够充分。由题可知由于烃是完全燃烧的,所以产物只有CO[,2]和H[,2]O(g),而且O[,2]还可能过量。设烃有wL,则根据烃的燃烧通式有:

C[,x]H[,y](g)+(x+y/4)O[,2]→xCO[,2](g)+y/2H[,2]O(1) 体积减少

wLw(x+y/4)Lxw L

O (1+y/4)w L

显然由体积变化可得:(1+y/4)w=8-4……①

又因为O[,2]过量则有:w+w(x+y/4)≤8……②

由②÷①可得:

x/(x+y/4)≤1

用题干给出的五种烃的x、y值代入左式可得正确答案为(D)。

二、求异思维策略:

在考试中命题人往往喜欢用一般性的知识为载体来考查特殊的知识点,因此在复习中除了要掌握规律性的知识外,更要密切关注一些反常的现象、性质和结构等。

例题四、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.3 C.5 D.6

解析:同学们往往着眼于规律性的知识,误认为这二种元素一定是分别处于ⅢA和ⅥA族元素,即应形成Al[,2]O[,3]、B[,2]O[,3]、Al[,2]S[,3]等物质,即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的化合物N[,2]O[,3]的存在,故正确答案应选(D)。

例题五、N[,A]为阿佛加德罗常数,下列叙述正确的是:

A.在31g白磷中含有1.5N[,A]个P-P共价键;

B.常温常压下,1mol氦气所含有的原子个数为N[,A];

C.1L 1mol/L的FeCl[,3]溶液中含有三价铁离子数目为N[,A];

D.在标准状况下,22.4NO与11.2LO[,2]充分反应后,所得气体的分子数为N[,A];

解析:本题的知识点的特殊性较多,如氦气为单原子分子,三价铁离子要考虑水解,一氧化氮与氧气生成二氧化氮后又会有部分的二氧化氮转化为四氧化二氮。稍不留神就会踩入命题人精心设计的陷阱中去。

三、逆向思维策略:

例题六、某学生课外活动小组选用如图所示的装置分别做如下实验:(1)在试管中注入某红色溶液,加热试管,溶液颜色逐渐变浅,冷却后又恢复红色,则原溶液可能是________溶液;加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是______;(2)在试管中注入某无色溶液,加热试管溶液变为红色,冷却后恢复无色,则此溶液可是________溶液;加热时溶液由无色变为红色的原因是_________。

解析:该题若作一正向设问,即让学生回答加热滴有酚酞的氨水溶液会发生什么现象或者加热SO[,2]的品红溶液会发生什么现象?相信绝大多数的学生都能作答。但从逆向来提这个问题,同学们却很少有能回答出正确的答案的,这很值得我们深思。

例题七、人们在对烷烃分子空间结构的研究中发现某一系列的烷烃分子只有一种一卤取代物。如:

这一系列烷烃具有一定的规律性,当一种烃分子中的氢原子(-H)全部被甲基(-CH[,3])取代后,它的一卤代物异构体数目不变。试回答:(1)请写出这一系列烷烃化学式的通式_____。(2)请写出这一系列烷烃中第六种烷烃的化学式_________。(3)上一系列烷烃中,其中含碳量最高的烷烃中碳元素的质量分数约为(保留三位有效数字)_______。(4)人们在研究中发现另一系列烷烃分子也只有一种一卤代物,请写出它们化学式的通式_________。

解析:第一小问题我们不难发现该系列中第一种烷烃的分子中氢原子数为4个,而第二种烷烃的氢原子数应为4×3:第三种烷烃的氢原子数为4×3×3;第四种烷烃的氢原子数为4×3×3×3;第五种烷烃的氢原子数为4×3×3×3×3;以此类推可轻易得出该系列烃的氢原子通式为4×3[n-1](式中n为在该系列烃中的序数)。我们如果同样用数学归纳法去归纳出碳原子的通式,那就大错特错了,事实上碳原子的变化规律非常难找,我们不妨用逆向思维的方法来看在烷烃中碳原子数和氢原子数又存在着什么样的关系。因为烷烃的通式为:C[,x]H[,2x+2]。所以存在着关系:2x+2=4×3[n-1],所以x=2×3[n-1]-1。即符合条件的该系列烷烃的通式可表示为:C[,2×3n-1]-1H[,4×3n-1]。(2)(3)两问题则可迎刃而解。(4)问应为乙烷系列,同理该系列中第一种烃的分子氢原子数为6,第二种烃分子的氢原子数6×3;第三种烃的氢原子数为6×3×3;第四种烃中的氢原子数为6×3×3×3;第五种烃的分子中氢原子数为6×3×3×3×3。以此类推可轻易得出该系列烃的氢原子通式为6×3[n-1](式中n为在该系列烃中的序数)。同第(1)问一样可得出该系列中碳原子数的通式为:3[n-1]。

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