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高考化学计算解题的思维方式

【作者:郭教员,编号30127 点击数:3948 更新时间:2013-07-01
         一、化学计算解题的基本思维方式化学计算题千变万化,千差万别,解法不一. 解题虽然没有一成不变的方式方法,却应建立解题的基本思维方式. 题示信息+基础知识+逻辑思维+心理素质,就是这样一种思维方式. 它强调解题应按一定的基本步骤进行,其中最不可缺少的4个步骤是:
  1认真阅读,挖掘题示信息 认真审题,明确条件和要求,挖掘题示和信息,弄清要解决的问题. 有些关键题示往往成为解题的突破口.
  2灵活组合,运用基础知识 弄清题意后,在明确化学涵义的基础上,需选择、调用贮存在自己脑中的基础知识块,使之分解、迁移、转换、重组. 化学基础知识的融会贯通、组合运用是解决化学问题的基础.
  3充分思维,形成解题思路 融入思考,运用化学知识,找出已知项与未知项在量方面的内在联系;找出突破口,并抓准解题的关键环节;广开思路,使隐蔽的关系项变明显,最终形成正确的解题思路,并灵活选择适合的方法将题解出.
  4调整心态,提高心理素质 一旦形成解题答案后,有些学生或因盲目冲动、或因焦虑程度过高、或因"暗示"干扰等等,忽视了对解题过程的监控和答案合理性验算,这些都与学生的心理因素有关. 尤其是化学计算,需要逐步认识和消除心理性失误造成对解题成绩的影响,才可能考出最佳水平. 以上4个步骤是解题思维的四个基本步骤. 从某种意义上讲,它也是一种能力,反映了解决化学问题的基本能力要求,所以我们有时称"题示信息+基础知识+逻辑思维+心理素质"为解题的能力公式.
  示例 (2002年春季高考题)三聚氰酸C3N3(OH)3可用于消除汽车尾气中的氮氧化物(如NO2). 当加热至一定温度时,它发生如下分解:C3N3(OH)3=3HNCO.
  (1)写出HNCO和NO2反应的化学方程式. 分别指明化合物中哪种元素被氧化,哪种元素被还原,标出电子转移的方向和数目.
  (2)若按上述反应式进行反应,试计算吸收1.0kgNO2所消耗的三聚氰酸的质量.
  解析 (1)步骤:写出HNCO和NO2反应方程式配平确定化合价变化确定N、C、O、H化合价确定HNCO的结构式(H-NCO),问题得解. (审题、挖掘题示信息) (2)分析反应:H+→+CO2+H2O,反应前后H、O、N化合价不变,根据化合价升降数相等,配平. 根据氧化还原反应概念形成另一答题点. (基础知识) (3)根据共价化合物化合价概念,可从结构式判断HNCO中各元素的化合价. 反应中元素化合价升高(或降低)数=元素原子失去(或得到)电子数. 由配平的方程式确定计算关系式:C3N3(OH)3~3HNCO~9/4NO2. (逻辑思维) (4)检索审题:知识、方法、计算是否有疏漏, 答案的合理性(如得、失电子数是否相等,有效数据取舍等,解题规范性等). (心理素质) HNCO中的氮元素被氧化,NO2中的氮元素被还原. (2)1.2kg.
  二、 以高考Ⅰ卷为基准的知识点计算训练 1以微观的质子数、中子数、电子数、质量数、核外电子数、阴、阳离子的电荷数、原子序数为主的有关原子结构的计算. 2判断氧化产物、还原产物的价态,以反应过程中原子守恒为主的有关化合价计算. 3以物质的量、质量、气体体积、微观粒子数为主的有关阿伏加德罗常数的计算. 4以多角度、多综合为主的有关化学反应速率及化学平衡的计算. 5以物质的量浓度、pH、H+浓度、粒子浓度为主的有关电解质溶液的计算. 6有关溶解度、溶液中溶质的质量分数、物质的量浓度相互关系的计算. 7以确定有机物分子组成为主的计算. 8以处理图表数据、定量实验结果等为主的应用性计算.
  题型训练例释 
  1 今有0.1mol·L-1Na2SO4溶液300 mL,0.1mol·L-1MgSO4溶液200mL和0.1mol·L-1A12(SO4)3溶液100mL,这三种溶液中硫酸根离子浓度之比是( ).
  A 1∶1∶1 B 3∶2∶1 C 3∶2∶3 D 1∶1∶3 (浓度的计算及思维的敏捷性测试.
  答:D
  2 6.4g铜与过量的硝酸(8mol/L 60mL)充分反应后,硝酸的还原产物有NO、NO2,反应后溶液中所含H+为nmol,此时溶液中所含NO3-的物质的量为( ).A 0.28mol B 0.31mol C (n+0.2)mol D (n+0.4)mol (化学方程式计算、守恒法运用. 答:C. )
  3 在一固定容积的密闭容器中,充入2molA和1molB发生如下反应:2A(g)+B(g)xC(g),达到平衡后,C的体积分数为W%;若维持容器体积和温度不变以0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质,达到平衡后,C的体积分数也为W%,则x的值为( ). A 4 B 3 C 2 D 1 (等效平衡计算、思维多向性等.
  答:B、C. )
  4 C8H18经多步裂化,最后完全转化为C4H8、C3H6、C2H6、C2H4、CH4五种气体的混合物. 该混合物的平均相对分子质量可能是( ). A 28 B 30 C 38 D 40 (平均相对分子质量计算、守恒法和极端假设法运用等.   答:B、C. )
  5 如图1表示金属X,Y以及它们的合金Z分别与足量盐酸反应时产生氢气量的情况,其中横坐标表示消耗金属的物质的量,纵坐标表示产生氢气的体积(标准状况). 下列有关Z的组成判断正确的是( ). A n(Na)∶n(Fe)=2∶1 B n(Mg)∶n(K)=1∶2 C n(Na)∶n(Al)=1∶3 D n(K)∶n(Al)=1∶1 气体摩尔体积计算、图像计算,平均值法和十字交叉法运用等.
  答:D.
  三、 以高考Ⅱ卷为基准的利用数学工具解决化学问题的化学计算思想方法训练
  近几年高考化学试题Ⅱ卷中的化学计算试题,要求考生将题目中各种信息转变成数学条件,边计算边讨论足量、适量、过量、不过量等各种边界条件,利用不等式、不定方程、几何定理、数轴、图像等数学工具,灵活机智地将化学问题抽象成为数学问题,或者是将隐含的信息变为数学的边界条件,以解决化 学问题. 高考化学试题中计算题使用的数学思想主要有函数思想、分类讨论思想、数形结合思想等.
  1函数思想:就是用运动、变化的观点去分析和处理化学问题中定量与变量之间的相依关系,建立数学模型,解决化学问题.
  2分类讨论思想:按照一定的标准把复杂、综合的计算题分解成几个部分或几种情况,然后逐个解决. 适用于连续、多步化学反应过程的计算,一般使用"特值-数轴"法. 特值:按某个化学方程式恰好反应的比值确定. 数轴:用变化的量或方程式中反应物的比值作为数轴的变量画出数轴,将连续分步化学反应过程分解为某个范围的特定反应过程,分段讨论,作出完整的答案.
  3数形结合思想:就是将复杂或抽象的数量关系与直观形象的图形在方法上互相渗透,并在一定条件下互相转化和补充的思想,以此开阔解题思路,增强解题的综合性和灵活性,探索出一条合理而简捷的解题途径. 可分为利用数求解形的题目和利用形求解数的题目. 按现行高考化学计算主流题型,分类设计针对性训练如下.
    1混合物反应的计算
  ①混合物计算是化学计算中的一种最基本的类型. 混合物可以是固体、气体或溶液,解题过程中必须仔细审题,理清各物质之间的数量关系,必要时可采用图示或简捷的化学用语表示.
  ②二元混合物是混合物计算中最重要也最基本的一种类型,其一般解题思路是:设二个未知数,然后根据有关反应的化学方程式中物质的量关系,列出二元一次方程组求解.
  ③在解题过程中注意运用原子守恒、电荷守恒、极值法等方法,以简化解题过程.
  题1 在含有7.16gNaHCO3和Na2CO3的溶液中加入1 mol·L-1的硫酸溶液70 mL,完全反应后生成1.792L(标准状况下)CO2,计算原溶液中含Na2CO3的质量.
  答:2.12g.
  2过量问题的计算
  过量判断的化学计算题出现较多,其判断的方法因题型(即所给已知条件)不同而不同. 常见的有常规方法、极端假设法、产物逆推法等. 因此判断的方法灵活多变,具有一定的难度.
  题2 在一定条件下,使H2和O2的混合气体26g充分发生反应. 所得产物在适当温度下跟足量的固体Na2O2反应,使固体增重2g. 求原混合气体中O2和H2的质量.
  答:O2∶24g,H2∶2g或O2∶16g;H2∶10g.
  3确定复杂化学式的计算
  该类题目的特点是:给出一种成分较为复杂的化合物及其发生某些化学反应时产生的现象,通过分析、推理、计算,确定其化学式. 此类题目将计算、推断融为一体,计算类型灵活多变,具有较高的综合性,在能力层次上要求较高. 其解题的方法思路:一是依据题目所给化学事实,分析判断化合物的成分;二是通过计算确定各成分的物质的量之比.
  题3 为测定一种复合氧化物型的磁性粉末材料的组成,称取12.52g样品,将其全部溶于过量稀硝酸后,配成100 mL溶液. 取其一半,加入过量K2SO4溶液,生成白色沉淀,经过滤、洗涤、烘干后得4.66g固体. 在余下的50mL溶液加入少许KSCN溶液,显红色;如果加入过量NaOH溶液,则生成红褐色沉淀,将沉淀过滤、洗涤、灼烧后得3.20 g固体. (1)计算磁性粉末材料中氧元素的质量分数. (2)确定该材料的化学式.
  答:①20.45%. ②BaFe2O4(或BaO·Fe2O3).
  4有机物计算
  推算有机物的分子式或结构简式,有机混合物的组成和含量的计算,有机物燃烧反应有关量的讨论及有机信息迁移等有关计算.
  题4 某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂,它的相对分子质量为88.0,含碳的质量分数为68.2%,含氧的质量分数为13.6%,红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中共有4个甲基. 请写出其结构简式.
  答:(CH3)3COCH3.
  5多步反应的计算
  题目特征是化学反应原理是多个连续反应发生,起始物与目标物之间存在确定的量的关系. 解题时应先写出有关反应的化学方程式,再找出已知物和未知物之间的物质的量关系,列出计算.
  题5 已知下列化学反应: 4FeS+7O22Fe2O3+4SO2 2H2S+SO2=3S+2H2O Na2SO3+SNa2S2O3用下列途径制备海波(Na2S2O3·5H2O): (1)计算:原料FeS在反应(a)和(b)中的理论分配比. (2)现有88gFeS,设NaOH溶液吸收SO2的吸收率为96%,问最多制备海波质量为多少﹖
  答:①2∶1. ②120g
  6范围讨论计算
  依据的化学原理是反应物之间相对含量不同而产物不同(如H2S与O2反应、多元酸与碱反应、CuO与焦炭反应、Na2O2与NaHCO3共热、C12与NH3反应等),所以,此类题目实际上是过量计算的演化和延伸. 范围讨论计算的解题方法思路是:
  (1)写方程式、找完全点. 即写出因反应物相对量不同而可能发生的化学反应方程式并分别计算找出两者恰好完全反应时的特殊点.
  (2)确定范围、计算判断. 即以恰好完全反应的特殊点为基准,讨论大于、小于或等于的情况,从而划出相应的区间,确定不同范围,然后分别讨论在不同范围内推测判断过量,从而找出计算根据,确定计算关系.
  题6 向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体,充分反应后,在减压低温下蒸发溶液,得到白色固体. 请回答下列问题:
  (1)由于CO2通入量不同,所得到的白色固体的组成也不同,试推断有几种可能的组成,并分别列出.
  (2)若通入CO2气体为2.24 L(标准状况下),得到11.9g的白色固体. 请通过计算确定此白色固体是由哪些物质组成的,其质量各为多少?所用的KOH溶液的物质的量浓度为多少?
  答(1)4种. ①KOH、K2CO3. ②K2CO3. ③K2CO3、KHCO3. ④KHCO3.
  (2)K2CO3∶6.9g, KHCO3∶5.0g;c(KOH)=0.50mol/L.
  7信息迁移型计算
  题目材料给出与计算有关的新信息,为了将给出的信息迁移至题设情境中,需要调用苦干已有的知识,形成新的知识网络. 信息迁移题的出现,有利于考查计算技能,有利于公平竞争.
  题7 参考下列(a)~(c)项的叙述并回答有关问题.
  (a) 皂化是使1g油脂皂化所需要的氢氧化钾的毫克数.
  (b) 碘值是使100g油脂加成碘的克数.
  (c) 各种油脂的皂化值、碘值列表如下(假设下述油脂皆为(RCOO)3C3H5型的单甘油酯):
  (1)主要成分皆为(C17H33COO)3C3H5(相对分子质理884)形成的油,其皂化值是_______.
  (2)硬化大豆油的碘值小的原因是_________.
  (3)使碘值为180的鱼油100g硬化所需要吸收的氢气在标准状况下的体积至少是_______L.
  (4)比较油脂的皂化值大小,可推知油脂_____.
  答:①190. ②主要为饱和脂肪酸甘油酸. ③15.9,④不同的油脂,所含的CC数不同.
  8半定量计算
  将化学概念、原理的定性知识和化学定量计算结合的一类试题. 解答此类题应注重对相关化学知识的理解、分析、应用上,从而形成正确的解计算题的思想方法. 删减繁杂的数学计算是高考化学命题的趋势.
  题8 (1)由2个C原子、1个O原子、1个N原子和若干个H原子组成的共价合物,H的原子数目最多为_____个,试写出其中一例的结构简式______.
  (2)若某共价化合物分子只含有C、N、H三种元素,且以n(C)和n(N)分别表示C和N的原子数目,则H原子数目最多等于_________. (3)若某共价化合物分子中含有C、N、O、H四种元素,且以n(C)、n(N)和n(O)分别表示C、N和O的原子数目,则H原子数目最多等于_________.
  答:①7;H2NCH2-CH2OH. ②2n(C)+n(N)+2. ③2n(C)+n(N)+2.
  9 数据缺省型的计算
  数据缺省型题目的特点是:构成计算要素的已知量缺省,要求学生根据计算要求补充这一缺省量,然后进行有关计算. 数据缺省型计算题是近几年国家命题组开发出来的成功计算题型. 此类试题对考查学生逻辑思维能力及学习潜能特别有效.
  题9 一般情况下,较强的氧化剂[如 MnO2、KMnO4、KClO3、K2Cr2O7、Ca(ClO)2等]氧化浓盐酸时,有如下反应规律:氧化剂+浓盐酸→金属氯化物+水+氯气. 将Ag漂粉精(过量)放入BLcmol/L浓盐酸中. ①写出发生反应的化学方程式:_____、____;②欲测定盐酸被漂粉精氧化的最低浓度D,缺少的条件是______(用字母表示,并说明字母含义),列出求D的计算式,D=_____(假设溶液体积不变). ①漂粉精与不同浓度的盐酸的反应为: Ca(ClO)2+4HCl(浓)=CaC12+2C12↑+2H2O, Ca(ClO)2+2HC1(稀)=CaC12+2HC10. ②需测定"标准状况下生成C12的体积VL". D=, 或mol/L.
  10 图表型的计算
  本题型特点是解题条件隐含在图表之中,旨在考查学生挖掘图表信息能力、观察能力与思维的深刻性等.
  题10 图2是100mgCaC2O4·H2O受热分解时,所得固体产物的质量随温度变化的曲线. 试利用图2中信息结合所学的知识,回答下列各问题: (1)温度分别为t1和t2时,固体产物的化学式A是_____,B是______. (2)由CaC2O4·H2O得到A的化学方程式为___________________________________. (3)由A得到B的化学方程式为________. (4)由图计算产物C的相对分子质量,并推断C的合理的化学式. 答:①CaC2O4 CaCO3. ②CaC2O4·H2OCaC2O4+H2O↑. ③CaC2O4CaCO3+CO↑. ④56;CaO.
  11 STS计算
  计算背景材料为科学、技术与社会内容,反映化学学科发展的时代性和发展性. 如最新科技、化工生产、环境治理等方面计算.
  题11 在氯氧化法处理含CN-的废水过程中,液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一),氰酸盐进一步被氧化为无毒物质.
  (1)某厂废水中含KCN,其浓度为650 mg/L. 现用氯氧化法处理,发生如下反应(其中N均为-3价): KCN+2KOH+C12→KOCN+2KC1+H2O 被氧化的元素是_________.
  (2)投入过量液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气. 请配平下列化学方程式,并标出电子移方向和数目: □KOCN+□KOH+□C12→□CO2+□N2+□KC1+□H2O
  (3)若处理上述废水20L,使KCN完全转化为无毒物质,至少需液氯______g.
  答:①C. ② ③33.5.
  题12 已知1mol e-转移时所通过的电量为1法拉第(F),1F=96500C. 现有一个铅蓄电池,最初有100gPb和100g PbO2加入过量的硫酸,发生如下反应: Pb+PbO2+2H2SO4PbSO4+2H2O 理论上,一个电池可以放电直到其中的一个电极完全耗尽为止. 假如现不再充电,电池工作到反应完全,若该电池放电电流为1.00A. 通过计算求:
  (1)正、负极的电极材料,________极先消耗完.
  (2)理论上该电池放电最长时间是多少小时?答:①正. ②22.4h. 学生经过以上化学计算题型训练,可形成化学计算解题技能,并逐步培养《考试说明》规定的"将化学问题抽象为数学问题,利用数学工具,通过计算和推理结合化学知识 解决化学问题的能力".

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