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神奇化学

帮助学生简化思维 提高学生计算能力

发布人:管理员 发布时间:发布时间:2008-04-16

在平时涉及定量计算的教学中,我发现一部分学生思考问题时,思维比较慢,不能很快地解决。当老师提出问题后,只有很少一部分学生能够很快回答出问题,并且回答出问题的同学表现得神采飞扬,自豪感油然而生,学习兴趣高涨。不能回答出来的同学就会觉得老师进度太快,甚至部分学生还埋怨自己笨,智力不好,不是学习这一学科的料,从而产生自卑心理,降低对化学学科的兴趣。对于后一部分学生,我是急在心头,考虑到问题的严重性,我产生这样的想法,何不把学科中许多学科思想告诉学生,让学生有意识利用一些比较简单或比较直接方的法来解决问题,来帮助学生尽快形成良好的思维方法和思维习惯,一是把复杂问题简单化,让学生在考虑问题时简化思维,二来可以提高学生的思维能力和计算能力,第三也让他们自己尝到能很快回答出问题的甜头,提高学生学习的自信心,从而培养学习化学学科的兴趣。

在中学阶段,我们把一些浅显易懂的基本化学思想告诉学生,让学生理解一些基本化学原理,从而培养运用化学思想的意识。简单来说,中学生在平时学习中所用到化学思想主要包括守恒思想(质量守恒、原子或离子守恒、电子守恒、电荷守恒)、数形结合思想、平衡思想、定量思想、微观思想等。

例1、用下列方法制取氧气:①KClO3(MnO2)受热分解 ②过氧化钠和水 ③KMnO4受热分解,若制得相同质量的氧气,上述各物质的电子转移数目之比为

A.3︰2︰4      B .1︰1︰1

C .2︰1︰2     D .1︰2︰2

常规思路:先写出三个反应的化学反应方程式,分别标出每个反应的电子转移,然后根据生成氧气的质量相同,即生成氧气的物质的量相同,再计算电子转移数目。这样做题的弊端在于:写方程式,标电子转移需要花费大量的时间,而且过氧化钠与水反应无法直接利用方程式标电子转移,造成解题困难。

简化思维:引导学生从化学反应的本质入手,制得相同质量的氧气,即生成的氧原子数也相同。其中①③反应制得的氧是从-2价到零价,生成一个氧原子转移2个电子,②反应制得的氧是从-1价到零价,生成一个氧原子转移1个电子。故可以很快得出结论,三者转移电子数目之比为2︰1︰2。

例2、向15mL 0.1mol/L的H2SO4溶液中加入20mL0.1mol/L 的NaOH溶液后,反应混合液呈

A.碱性       B.中性          C.酸性        D.无法判断

常规思路:许多学生都是先计算出H2SO4和NaOH物质的量,然后根据反应方程式判断出哪一种物质过量,从而判断溶液的酸碱性。这样做题的弊端在于:一是计算稍繁,二是容易错把H2SO4和NaOH物质的量看成1︰1 。

简化思维:从离子反应角度来看,酸碱中和反应的实质是H++OH=H2O  ,我们可以直接比较H+和OH多少,由于学生一般是先把体积单位mL转化成L,再进行计算,得出的数据比较小,而且容易出错。所以我建议学生进一步简化思维,由于是比较二者的多少,我们可以不用再转化体积单位,直接得出H+和OH物质的量(单位按毫摩mmol计算),由于n(H+)=15 mL×0.1mol/L×2=3mmol,  n(OH)=20 mL×0.1mol/L=2mmol,  这样的数据是很容易口算出来的,H+过量,故显酸性。

例3、同温、同压下,某容器充满O2重116g,若充满CO2122g,现充满某气体重114g,则某气体的相对分子质量为

A.  28      B.  60      C.  32     D.  44

常规思路:由于瓶内所装三种气体体积相等,在同温同压下,气体的物质的量也相同,可设瓶重为a,气体的物质的量为n,根据质量列方程组,
计算出瓶重与气体的物质的量,从而确定相对分子质量。

简化思维:在相同温度和压强下,O2和CO2两种气体体积相同,物质的量也相同,借助数学比例关系 ,从而可以计算瓶的质量,及某气体的相对分子质量。如果本题没有思路,也可以多观察一下所给数据,116(O2)、122(CO2)、114(?),容易猜测瓶重100g,气体为N2、相对分子质量为28。

 再举一例:某氮的氧化物中氮元素和氧元素的质量比为7︰16,该氧化物的化学式可能为

A.NO    B.  N2O4   C.  NO2   D.  N2O5

简化思维:我们可以把氮元素和氧元素的质量比为7︰16,扩大二倍为14︰32,从而可推知为NO2 或N2O4。此类问题可以理解成为凑数据,根据题目所给数据,结合相对原子质量或相对分子质量,有意识去做出判断.尤其是当学生没有思路时,这种方法准确率还是相当高.

例4、有一在空气中暴露过的 固体,经分析知其含水7.65%,含Na2CO3 4.32%,其余是NaOH。若将1g该样品放入含有3.65g HCl的盐酸中,使其完全反应后,多余的酸再用50g浓度为2%的NaOH溶液恰好中和完全,蒸发所得溶液至干,求所得固体的质量。

常规思维:分析固体物质成分,计算NaOH、Na2CO3的质量,然后利用方程式计算生成氯化钠的质量,再计算多余NaOH中和盐酸生成的氯化钠,最后得出固体的质量。这样做的弊端在于计算过程复杂,计算量大,并且题中所给数据多、数值小,容易出现错误。

简化思维:如果引导学生从反应终态与始态关系角度考虑,利用原子守恒思想,反应后所得固体为NaCl,根据Cl守恒,可推知n(NaCl)=n(HCl)=0.1mol,从而很容易得到氯化钠的质量为5.85g。类似的问题还有:

有5.1g镁、铝合金,投入500mL 2mol/L 盐酸中,金属完全溶解后,再加入4 mol/L NaOH溶液。若要达到沉淀最大值,则加入的NaOH溶液的体积为多少毫升?

简化思维:我们可以引导学生思考,镁、铝完全溶解于盐酸后,当沉淀达最大值时除了生成Mg(OH)2和Al(OH)3外,同时溶液溶质一定为NaCl,根据n(Na+)=n(Cl),则有n(NaOH)

=n(HCl)=1mol,所以NaOH溶液的体积为250 mL。实际上守恒思想,就是抓住物质变化中的某一个特定恒量进行分析,不探究某些细枝末节,不考虑途径变化,只考虑反应体系中某些组分相互作用前后某种物理量或化学量的始态和终态。

例5.现向300mLNaOH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通入量的不同,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2.24L(标准状况下),得到11.9g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NaOH溶液的物质的量浓度为多少?

常规思维:学生根据方程式2NaOH + CO2===Na2CO3 + H2O 进行讨论,如果二者恰好反应,则白色固体为Na2CO3,若CO2不足时,白色固体为Na2CO3和NaOH,,若CO2过量时,则按Na2CO3 + CO2 + H2O ==2NaHCO3再对CO2是否过量进行讨论,若CO2不足,白色固体为Na2CO3和 NaHCO ,若CO2仍过量,则白色固体为NaHCO3。这样做感觉非常复杂,一部分学生会漏掉一些情况,甚至出现NaOH 和NaHCO3错误组合。

简化思维:如果引导学生利用数形结合思想,借助于数学中的数轴,利用方程式计量数关系,很容易找到两个特殊点,在数轴上分为三个区间,得到白色固体有四种不同的组成。然后根据碳原子守恒,可以计算出两个特殊点固体的质量分别为8.4g和10.6g,而11.9g大于二个数据,从而可以确定11.9g白色固体为NaOH和Na2CO3的混合物,且Na2CO3质量为10.6g, NaOH为11.9g-10.6g=1.3g。根据钠守恒即可确定NaOH的物质的量及浓度。用这样的思路解题会思路清淅,准确全面。

数形结合的思想,就是把问题的数量关系和空间形式结合起来考查的思想,根据解决问题的需要,可以把数量关系的问题转化为图形的性质问题去讨论。可以使使问题更直观,思维更简洁。

在平时的教学中,教师经常启发学生,有意识运用化学思想,不断简化思维,提高解决定量问题的能力。而且在快速解决问题的同时,让学生得到了成功的体验,从而调动学生学习化学的积极性。

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