关于化学计算的转化策略

摘 要: 本文以典型习题为例,介绍了几种化学计算中的转化策略。

关键词: 化学计算 转化策略 典型习题

解答有一定难度的化学问题,除了需要准确理解、熟练掌握基本概念、基本理论等基础知识外,最重要的莫过于做好“转化”工作。

所谓“转化”,其实质就是将较复杂、较隐晦、较困难的问题,通过一定的方法转化为较简单、较明朗、较容易的问题。简而言之,就是把原先不会做的题转化变成会做的题。因此,“转化”工作的好坏,直接影响到解题的成败。现以典型习题为例,介绍几种化学计算中的转化策略,供大家参考。

一、由陌生转化为熟悉

在解题过程中,当接触到一个难以解决的陌生问题时,学生要以已有知识为依据,将所要求解的问题与已有知识进行比较、联系,异中求同,同中求异,将陌生转化为熟悉,再利用旧知识,解决新问题。

例1.现有25℃的硫酸铜饱和溶液300克,加热蒸发掉80克水后,再冷却到原来的温度,求析出CuSO・5HO多少克?(已知25℃时,CuSO的溶解度为20克)。

分析:结晶水合物的析晶计算难度大,是由于带有结晶水晶体的析出,会导致溶剂水量的减少,从而使结晶水合物继续从饱和溶液中析出,这样依次重复,最终使晶体的总量趋向于定值。由此可见,结晶水合物的析出过程实质上是无数次结晶的总结果。作为一个数学问题,这类题目可以应用无穷递缩等比数列求和知识解决,但初中学生尚未学过,故对于学生来说是陌生的。若仔细分析题意,抓住析晶后的溶液仍为饱和溶液,即蒸发的80克水和析出的CuSO・5HO也可组成该温度下的饱和溶液,解得析出CuSO・5HO28.2克。

二、由局部转化为整体

复杂的化学问题往往是由几个小问题组合而成,若将这些小问题孤立起来,逐个分析解决,不但耗时费力,而且易出错。如能抓住实质,把所求问题转化为某一整体状态进行研究,则可简化思维程序,收到事半功倍之效。

例2.有一放置在空气中的KOH固体,经测定,其中含KOH 84.9%,KHCO 5.1%,KCO 2.38%,HO 7.62%。将此样品若干克投入100克36.5%的盐酸中,待反应完全后,再需加入20克10%的KOH溶液方能恰好中和。求蒸发中和后的溶液可得固体多少克。

分析:此题信息量大,所供数据多。根据有关化学反应方程式逐一分步求解,计算繁杂,失分率高。如果抛开那些纷繁的数据和局部细节,将溶液看成一个整体(化局部为整体),则无论是KOH、KCO还是KHCO,与盐酸反应最终均生成KCl。由于KCl中的Cl全部来自于盐酸,故可得关系式:nKCl=nHCl,解得蒸发中和后的溶液可得固体KCl 75.5克。

三、由复杂转化为简单

著名数学家华罗庚教授曾经说过:“把一个较复杂的问题'退'成最简单、最原始的问题,把这最简单、最原始的问题想通了,想透了……”然后各个击破,复杂问题也就迎刃而解,不攻自破了。华罗庚教授所说的“退”,就是“转化”,这种“退”中求进的思维策略常被用于解决复杂的化学问题。

例3.向1000克未知溶质质量分数的硫酸铜溶液中加入一定量的氢氧化钠溶液,过滤、干燥后得到蓝色固体19.6克。在所得滤液中加入过量铁粉,充分反应后,再加入足量盐酸,最后得到6.4克固体,求原溶液中硫酸铜的质量分数。

分析:这是一道综合性题目,根据题意,可将该题分解成容易作答的四个小题(化复杂为简单):

(1)得到19.6克氢氧化铜,有多少克硫酸铜参加了反应?(32克)

(2)与铁粉反应生成6.4克铜,有多少克硫酸铜参加了反应?(16克)

(3)(1)、(2)中硫酸铜的总质量是多少克?(48克)

(4)根据(3)的结果,原溶液中硫酸铜的质量分数是多少?(4.8%)

将一定难度的综合题分解为数个简单题,实现由繁到简、由难到易的转化,使本来感觉很难的题目转化成了简单易做的题目。这样做,学生易学易懂,不仅能学会思考问题的方法,而且能增强克服困难的勇气和信心,对后继化学课程的学习将产生深远的影响。

四、由一般转化为特殊

有些化学计算题若从一般情况考虑,思路不畅,计算繁杂。此时不妨从特例入手,使抽象问题具体化,从而达到简化计算、迅速求解的目的。

例4.在化合物XY和YZ中,Y的质量分数分别为40%和50%,则在化合物XYZ中,Y的质量分数是多少?

分析:根据Y在化合物XY和YZ中的质量分数,虽能求得Y在XYZ中的质量分数,但难度大,技巧性高。若根据Y在XY中的质量分数,假设Y的原子量为40(化一般为特殊),由题意得X的原子量为30,Z的原子量为25,则XYZ中Y的质量分数23%。

五、由隐含转化为显露

有些题目从表面看来似缺条件而无法求解,实际上解题条件就隐含在语言叙述、化学现象、化学原理之中。解答此类题目的关键,是充分挖掘题中的隐含条件,化隐为显,架设由未知到已知的“桥梁”。

例5.将镁粉和碳酸镁的混合物置于氧气中灼烧至质量不再改变为止。经测定,灼烧后所得固体质量与原混合物质量相同,求原混合物中镁粉和碳酸镁的质量比。

分析:整个题目全用文字叙述,没有一个可供直接利用的具体数据。仔细审视题意,抓住关键词语,将“灼烧后所得固体质量与原混合物质量相同”转化为(化隐含为显露)“Mg吸收的O质量等于MgCO分解放出的CO质量”,即可由2Mg―O和MgCO―CO,导出44Mg―16MgCO。这一关系式表明,在原混合物中镁粉与碳酸镁的质量比是44×24∶16×84=11∶14。

六、由文字转化为图示

有些化学计算题,叙述冗长,信息点多,一时难以理顺各种关系。若能将文字信息转化为图示信息,则可使题意简明清晰,过程具体形象,从而发现解题的途径。

例6.在托盘天平的两边各放置一只烧杯,烧杯内分别盛有质量相等的同种盐酸(盐酸均过量)调节天平至平衡。现向左边烧杯中投入纯锌7.8克,若要使反应后天平仍保持平衡,右边的烧杯中应加入多少克碳酸钙固体?

分析:有关天平平衡的计算,不少学生比较畏惧,究其原因,是对平衡过程模糊不清。若根据题意,将文字转化为图示,则增重、失重关系一目了然,大大降低了问题的难度。

7.8克锌与盐酸完全反应可放出氢气0.24克,故左边烧杯实际增重为7.8克-0.24克=7.56克。

欲使反应后天平仍保持平衡,左、右烧杯增加的质量应相等,故有mCaCO-mCO=7.56克,解得右边的烧杯中应加入13.5克碳酸钙固体。

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