高考化學計算解題的思維方式

【作者：郭教員,編號30127 更新時間：2013-07-01】
         一、化學計算解題的基本思維方式化學計算題千變萬化，千差萬別，解法不一. 解題雖然沒有一成不變的方式方法，卻應建立解題的基本思維方式. 題示信息+基礎知識+邏輯思維+心理素質，就是這樣一種思維方式. 它強調解題應按一定的基本步驟進行，其中最不可缺少的4個步驟是：
　　1�闭J真閱讀，挖掘題示信息 認真審題，明確條件和要求，挖掘題示和信息，弄清要解決的問題. 有些關鍵題示往往成為解題的突破口.
　　2�膘`活組合，運用基礎知識 弄清題意后，在明確化學涵義的基礎上，需選擇、調用貯存在自己腦中的基礎知識塊，使之分解、遷移、轉換、重組. 化學基礎知識的融會貫通、組合運用是解決化學問題的基礎.
　　3�背浞炙季S，形成解題思路 融入思考，運用化學知識，找出已知項與未知項在量方面的內在聯系;找出突破口，并抓準解題的關鍵環節;廣開思路，使隱蔽的關系項變明顯，最終形成正確的解題思路，并靈活選擇適合的方法將題解出.
　　4�闭{整心態，提高心理素質 一旦形成解題答案后，有些學生或因盲目沖動、或因焦慮程度過高、或因"暗示"干擾等等，忽視了對解題過程的監控和答案合理性驗算，這些都與學生的心理因素有關. 尤其是化學計算，需要逐步認識和消除心理性失誤造成對解題成績的影響，才可能考出最佳水平. 以上4個步驟是解題思維的四個基本步驟. 從某種意義上講，它也是一種能力，反映了解決化學問題的基本能力要求，所以我們有時稱"題示信息+基礎知識+邏輯思維+心理素質"為解題的能力公式.
　　示例 (2002年春季高考題)三聚氰酸C3N3(OH)3可用于消除汽車尾氣中的氮氧化物(如NO2). 當加熱至一定溫度時，它發生如下分解：C3N3(OH)3=3HNCO.
　　(1)寫出HNCO和NO2反應的化學方程式. 分別指明化合物中哪種元素被氧化，哪種元素被還原，標出電子轉移的方向和數目.
　　(2)若按上述反應式進行反應，試計算吸收1.0kgNO2所消耗的三聚氰酸的質量.
　　解析 (1)步驟：寫出HNCO和NO2反應方程式�菖淦姜荽_定化合價變化�荽_定N、C、O、H化合價�荽_定HNCO的結構式(H-NCO)，問題得解. (審題、挖掘題示信息) (2)分析反應：H+→+CO2+H2O，反應前后H、O、N化合價不變，根據化合價升降數相等，配平. 根據氧化還原反應概念形成另一答題點. (基礎知識) (3)根據共價化合物化合價概念，可從結構式判斷HNCO中各元素的化合價. 反應中元素化合價升高(或降低)數=元素原子失去(或得到)電子數. 由配平的方程式確定計算關系式：C3N3(OH)3～3HNCO～9/4NO2. (邏輯思維) (4)檢索審題：知識、方法、計算是否有疏漏， 答案的合理性(如得、失電子數是否相等，有效數據取舍等，解題規范性等). (心理素質) HNCO中的氮元素被氧化，NO2中的氮元素被還原. (2)1.2kg.
　　二、 以高考Ⅰ卷為基準的知識點計算訓練 1�币晕⒂^的質子數、中子數、電子數、質量數、核外電子數、陰、陽離子的電荷數、原子序數為主的有關原子結構的計算. 2�迸袛嘌趸�產物、還原產物的價態，以反應過程中原子守恒為主的有關化合價計算. 3�币晕镔|的量、質量、氣體體積、微觀粒子數為主的有關阿伏加德羅常數的計算. 4�币远嘟嵌取⒍嗑C合為主的有關化學反應速率及化學平衡的計算. 5�币晕镔|的量濃度、pH、H+濃度、粒子濃度為主的有關電解質溶液的計算. 6�庇嘘P溶解度、溶液中溶質的質量分數、物質的量濃度相互關系的計算. 7�币源_定有機物分子組成為主的計算. 8�币蕴幚韴D表數據、定量實驗結果等為主的應用性計算.
　　題型訓練例釋 ��
　　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，這三種溶液中硫酸根離子濃度之比是( ).
　　A�� 1∶1∶1 B�� 3∶2∶1 C�� 3∶2∶3 D�� 1∶1∶3 (濃度的計算及思維的敏捷性測試.
　　答：D
　　2�� 6.4g銅與過量的硝酸(8mol/L 60mL)充分反應后，硝酸的還原產物有NO、NO2，反應后溶液中所含H+為nmol，此時溶液中所含NO3-的物質的量為( ).A�� 0.28mol B�� 0.31mol C�� (n+0.2)mol D�� (n+0.4)mol (化學方程式計算、守恒法運用. 答：C. )
　　3�� 在一固定容積的密閉容器中，充入2molA和1molB發生如下反應：2A(g)+B(g)�讀C(g)，達到平衡后，C的體積分數為W%;若維持容器體積和溫度不變以0.6molA、0.3molB和1.4molC為起始物質，達到平衡后，C的體積分數也為W%，則x的值為( ). A�� 4 B�� 3 C�� 2 D�� 1 (等效平衡計算、思維多向性等.
　　答：B、C. )
　　4�� C8H18經多步裂化，最后完全轉化為C4H8、C3H6、C2H6、C2H4、CH4五種氣體的混合物. 該混合物的平均相對分子質量可能是( ). A�� 28 B�� 30 C�� 38 D�� 40 (平均相對分子質量計算、守恒法和極端假設法運用等. 　　答：B、C. )
　　5�� 如圖1表示金屬X，Y以及它們的合金Z分別與足量鹽酸反應時產生氫氣量的情況，其中橫坐標表示消耗金屬的物質的量，縱坐標表示產生氫氣的體積(標準狀況). 下列有關Z的組成判斷正確的是( ). 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 氣體摩爾體積計算、圖像計算，平均值法和十字交叉法運用等.
　　答：D.
　　三、 以高考Ⅱ卷為基準的利用數學工具解決化學問題的化學計算思想方法訓練
　　近幾年高考化學試題Ⅱ卷中的化學計算試題，要求考生將題目中各種信息轉變成數學條件，邊計算邊討論足量、適量、過量、不過量等各種邊界條件，利用不等式、不定方程、幾何定理、數軸、圖像等數學工具，靈活機智地將化學問題抽象成為數學問題，或者是將隱含的信息變為數學的邊界條件，以解決化 學問題. 高考化學試題中計算題使用的數學思想主要有函數思想、分類討論思想、數形結合思想等.
　　1�焙瘮邓枷耄壕褪怯眠\動、變化的觀點去分析和處理化學問題中定量與變量之間的相依關系，建立數學模型，解決化學問題.
　　2�狈诸愑懻撍枷耄喊凑找欢ǖ臉藴拾褟碗s、綜合的計算題分解成幾個部分或幾種情況，然后逐個解決. 適用于連續、多步化學反應過程的計算，一般使用"特值-數軸"法. 特值：按某個化學方程式恰好反應的比值確定. 數軸：用變化的量或方程式中反應物的比值作為數軸的變量畫出數軸，將連續分步化學反應過程分解為某個范圍的特定反應過程，分段討論，作出完整的答案.
　　3�睌敌谓Y合思想：就是將復雜或抽象的數量關系與直觀形象的圖形在方法上互相滲透，并在一定條件下互相轉化和補充的思想，以此開闊解題思路，增強解題的綜合性和靈活性，探索出一條合理而簡捷的解題途徑. 可分為利用數求解形的題目和利用形求解數的題目. 按現行高考化學計算主流題型，分類設計針對性訓練如下.
　　　　1�被旌衔锓磻�的計算
　　①混合物計算是化學計算中的一種最基本的類型. 混合物可以是固體、氣體或溶液，解題過程中必須仔細審題，理清各物質之間的數量關系，必要時可采用圖示或簡捷的化學用語表示.
　　②二元混合物是混合物計算中最重要也最基本的一種類型，其一般解題思路是：設二個未知數，然后根據有關反應的化學方程式中物質的量關系，列出二元一次方程組求解.
　　③在解題過程中注意運用原子守恒、電荷守恒、極值法等方法，以簡化解題過程.
　　題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，完全反應后生成1.792L(標準狀況下)CO2，計算原溶液中含Na2CO3的質量.
　　答：2.12g.
　　2�边^量問題的計算
　　過量判斷的化學計算題出現較多，其判斷的方法因題型(即所給已知條件)不同而不同. 常見的有常規方法、極端假設法、產物逆推法等. 因此判斷的方法靈活多變，具有一定的難度.
　　題2 在一定條件下，使H2和O2的混合氣體26g充分發生反應. 所得產物在適當溫度下跟足量的固體Na2O2反應，使固體增重2g. 求原混合氣體中O2和H2的質量.
　　答：O2∶24g，H2∶2g或O2∶16g;H2∶10g.
　　3�贝_定復雜化學式的計算
　　該類題目的特點是：給出一種成分較為復雜的化合物及其發生某些化學反應時產生的現象，通過分析、推理、計算，確定其化學式. 此類題目將計算、推斷融為一體，計算類型靈活多變，具有較高的綜合性，在能力層次上要求較高. 其解題的方法思路：一是依據題目所給化學事實，分析判斷化合物的成分;二是通過計算確定各成分的物質的量之比.
　　題3 為測定一種復合氧化物型的磁性粉末材料的組成，稱取12.52g樣品，將其全部溶于過量稀硝酸后，配成100 mL溶液. 取其一半，加入過量K2SO4溶液，生成白色沉淀，經過濾、洗滌、烘干后得4.66g固體. 在余下的50mL溶液加入少許KSCN溶液，顯紅色;如果加入過量NaOH溶液，則生成紅褐色沉淀，將沉淀過濾、洗滌、灼燒后得3.20 g固體. (1)計算磁性粉末材料中氧元素的質量分數. (2)確定該材料的化學式.
　　答：①20.45%. ②BaFe2O4(或BaO·Fe2O3).
　　4�庇袡C物計算
　　推算有機物的分子式或結構簡式，有機混合物的組成和含量的計算，有機物燃燒反應有關量的討論及有機信息遷移等有關計算.
　　題4 某含氧有機化合物可以作為無鉛汽油的抗爆震劑，它的相對分子質量為88.0，含碳的質量分數為68.2%，含氧的質量分數為13.6%，紅外光譜和核磁共振氫譜顯示該分子中共有4個甲基. 請寫出其結構簡式.
　　答：(CH3)3COCH3.
　　5�倍嗖椒磻�的計算
　　題目特征是化學反應原理是多個連續反應發生，起始物與目標物之間存在確定的量的關系. 解題時應先寫出有關反應的化學方程式，再找出已知物和未知物之間的物質的量關系，列出計算.
　　題5 已知下列化學反應： 4FeS+7O22Fe2O3+4SO2 2H2S+SO2=3S+2H2O Na2SO3+SNa2S2O3用下列途徑制備海波(Na2S2O3·5H2O)： (1)計算：原料FeS在反應(a)和(b)中的理論分配比. (2)現有88gFeS，設NaOH溶液吸收SO2的吸收率為96%，問最多制備海波質量為多少﹖
　　答：①2∶1. ②120g
　　6�狈秶�討論計算
　　依據的化學原理是反應物之間相對含量不同而產物不同(如H2S與O2反應、多元酸與堿反應、CuO與焦炭反應、Na2O2與NaHCO3共熱、C12與NH3反應等)，所以，此類題目實際上是過量計算的演化和延伸. 范圍討論計算的解題方法思路是：
　　(1)寫方程式、找完全點. 即寫出因反應物相對量不同而可能發生的化學反應方程式并分別計算找出兩者恰好完全反應時的特殊點.
　　(2)確定范圍、計算判斷. 即以恰好完全反應的特殊點為基準，討論大于、小于或等于的情況，從而劃出相應的區間，確定不同范圍，然后分別討論在不同范圍內推測判斷過量，從而找出計算根據，確定計算關系.
　　題6 向300 mL KOH溶液中緩慢通入一定量的CO2氣體，充分反應后，在減壓低溫下蒸發溶液，得到白色固體. 請回答下列問題：
　　(1)由于CO2通入量不同，所得到的白色固體的組成也不同，試推斷有幾種可能的組成，并分別列出.
　　(2)若通入CO2氣體為2.24 L(標準狀況下)，得到11.9g的白色固體. 請通過計算確定此白色固體是由哪些物質組成的，其質量各為多少?所用的KOH溶液的物質的量濃度為多少?
　　答(1)4種. ①KOH、K2CO3. ②K2CO3. ③K2CO3、KHCO3. ④KHCO3.
　　(2)K2CO3∶6.9g， KHCO3∶5.0g;c(KOH)=0.50mol/L.
　　7�毙畔⑦w移型計算
　　題目材料給出與計算有關的新信息，為了將給出的信息遷移至題設情境中，需要調用苦干已有的知識，形成新的知識網絡. 信息遷移題的出現，有利于考查計算技能，有利于公平競爭.
　　題7 參考下列(a)～(c)項的敘述并回答有關問題.
　　(a) 皂化是使1g油脂皂化所需要的氫氧化鉀的毫克數.
　　(b) 碘值是使100g油脂加成碘的克數.
　　(c) 各種油脂的皂化值、碘值列表如下(假設下述油脂皆為(RCOO)3C3H5型的單甘油酯)：
　　(1)主要成分皆為(C17H33COO)3C3H5(相對分子質理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)使碘值為180的魚油100g硬化所需要吸收的氫氣在標準狀況下的體積至少是_______L.
　　(4)比較油脂的皂化值大小，可推知油脂_____.
　　答：①190. ②主要為飽和脂肪酸甘油酸. ③15.9，④不同的油脂，所含的CC數不同.
　　8�卑攵�量計算
　　將化學概念、原理的定性知識和化學定量計算結合的一類試題. 解答此類題應注重對相關化學知識的理解、分析、應用上，從而形成正確的解計算題的思想方法. 刪減繁雜的數學計算是高考化學命題的趨勢.
　　題8 (1)由2個C原子、1個O原子、1個N原子和若干個H原子組成的共價合物，H的原子數目最多為_____個，試寫出其中一例的結構簡式______.
　　(2)若某共價化合物分子只含有C、N、H三種元素，且以n(C)和n(N)分別表示C和N的原子數目，則H原子數目最多等于_________. (3)若某共價化合物分子中含有C、N、O、H四種元素，且以n(C)、n(N)和n(O)分別表示C、N和O的原子數目，則H原子數目最多等于_________.
　　答：①7;H2NCH2-CH2OH. ②2n(C)+n(N)+2. ③2n(C)+n(N)+2.
　　9�� 數據缺省型的計算
　　數據缺省型題目的特點是：構成計算要素的已知量缺省，要求學生根據計算要求補充這一缺省量，然后進行有關計算. 數據缺省型計算題是近幾年國家命題組開發出來的成功計算題型. 此類試題對考查學生邏輯思維能力及學習潛能特別有效.
　　題9 一般情況下，較強的氧化劑[如 MnO2、KMnO4、KClO3、K2Cr2O7、Ca(ClO)2等]氧化濃鹽酸時，有如下反應規律：氧化劑+濃鹽酸→金屬氯化物+水+氯氣. 將Ag漂粉精(過量)放入BLcmol/L濃鹽酸中. ①寫出發生反應的化學方程式：_____、____;②欲測定鹽酸被漂粉精氧化的最低濃度D，缺少的條件是______(用字母表示，并說明字母含義)，列出求D的計算式，D=_____(假設溶液體積不變). ①漂粉精與不同濃度的鹽酸的反應為： Ca(ClO)2+4HCl(濃)=CaC12+2C12↑+2H2O， Ca(ClO)2+2HC1(稀)=CaC12+2HC10. ②需測定"標準狀況下生成C12的體積VL". D=， 或mol/L.
　　10�� 圖表型的計算
　　本題型特點是解題條件隱含在圖表之中，旨在考查學生挖掘圖表信息能力、觀察能力與思維的深刻性等.
　　題10 圖2是100mgCaC2O4·H2O受熱分解時，所得固體產物的質量隨溫度變化的曲線. 試利用圖2中信息結合所學的知識，回答下列各問題： (1)溫度分別為t1和t2時，固體產物的化學式A是_____，B是______. (2)由CaC2O4·H2O得到A的化學方程式為___________________________________. (3)由A得到B的化學方程式為________. (4)由圖計算產物C的相對分子質量，并推斷C的合理的化學式. 答：①CaC2O4�� CaCO3. ②CaC2O4·H2OCaC2O4+H2O↑. ③CaC2O4CaCO3+CO↑. ④56;CaO.
　　11�� STS計算
　　計算背景材料為科學、技術與社會內容，反映化學學科發展的時代性和發展性. 如最新科技、化工生產、環境治理等方面計算.
　　題11 在氯氧化法處理含CN-的廢水過程中，液氯在堿性條件下可以將氰化物氧化成氰酸鹽(其毒性僅為氰化物的千分之一)，氰酸鹽進一步被氧化為無毒物質.
　　(1)某廠廢水中含KCN，其濃度為650 mg/L. 現用氯氧化法處理，發生如下反應(其中N均為-3價)： KCN+2KOH+C12→KOCN+2KC1+H2O 被氧化的元素是_________.
　　(2)投入過量液氯，可將氰酸鹽進一步氧化為氮氣. 請配平下列化學方程式，并標出電子移方向和數目： □KOCN+□KOH+□C12→□CO2+□N2+□KC1+□H2O
　　(3)若處理上述廢水20L，使KCN完全轉化為無毒物質，至少需液氯______g.
　　答：①C. ② ③33.5.
　　題12 已知1mol e-轉移時所通過的電量為1法拉第(F)，1F=96500C. 現有一個鉛蓄電池，最初有100gPb和100g PbO2加入過量的硫酸，發生如下反應： Pb+PbO2+2H2SO4PbSO4+2H2O 理論上，一個電池可以放電直到其中的一個電極完全耗盡為止. 假如現不再充電，電池工作到反應完全，若該電池放電電流為1.00A. 通過計算求：
　　(1)正、負極的電極材料，________極先消耗完.
　　(2)理論上該電池放電最長時間是多少小時?答：①正. ②22.4h. 學生經過以上化學計算題型訓練，可形成化學計算解題技能，并逐步培養《考試說明》規定的"將化學問題抽象為數學問題，利用數學工具，通過計算和推理�熃Y合化學知識　解決化學問題的能力".