追求简约,创新思维——浅谈化学计算的简约化解题

2019-12-09 15:22:27

  简约化管理,可以精简行政管理机构,简化办事程序,提高行政服务效能。简约化管理,可以增强企业管理活力,优化经营程序,实现经济效率增值。

  简约化教学,可以追寻“大道至简”的教学境界,务实求真地提升课堂教学效益。简约化解题,可以追求简捷高效的解题情景,务本求实地提高解决计算问题的思维能力。追求简约,浅谈若干,以供商榷。

  一、一式搭桥,简单实用。

  例1.(2012·泉州四校联考)CuCO3和Cu2(OH)2CO3的混合物34.6 g,可恰好完全溶解于300mL2 mol·L-1的盐酸溶液中,若加热分解等量的这种混合物可得CuO固体质量为( )

  A.16.0 g   B.19.2 g  C.24.0 g  D.30.6 g

  简约解题思维:n(CuO)=n(CuCl2)=1/2n(HCl)=1/2×2mol·L1×0.3L=0.3mol,24.0g。正确答案选C。

  简约解题依据:混合物恰好完全溶于盐酸,所得溶液中的溶质只有CuCl2,借助化学式“CuCl2”中Cu与Cl元素的定量关系以及元素守恒,沟通HCl与CuO,架设起已知量与未知量间的思维桥梁,一“式”中的,简洁明了。

  例2.(2011·衡水质检) 将一定量的铁和氧化铁的混合物投入到250mL2 mol·L-1硝酸溶液中,反应完全后,生成1.12 L NO(标准状况),再向反应后的溶液中加入1 mol·L-1NaOH溶液,要使铁元素完全沉淀下来,所加入的NaOH溶液体积最少是( )

  A.450 mL B.500 mL C.400 mL D.550 mL

  简约解题思维:n(NaOH)=n(NaNO3)=n(HNO3)-n(NO)=0.25L×2 mol·L-1-0.05 mol=0.45 mol ,V(NaOH)=0.45L=450 mL。正确答案选A。

  简约解题依据:不论硝酸是否过量,也不论铁是以Fe(OH)3还是以Fe(OH)2何种形式沉淀,只管加入的NaOH溶液恰好使铁元素沉淀,最终溶液中的溶质只有“NaNO3”,借此沟通NaOH与溶液中剩余硝酸根离子的定量关系,跳出多个化学方程式的束缚,直入快车道,快速到位。

  例3.现有氧化铜和氧化铁组成的混合物a g,向其中加入2 mol·L-1的硫酸溶液50 mL,恰好完全反应。若将a g该混合物在足量的氢气中加热,使其充分反应,冷却后剩余固体质量为( )

  A.1.6a g B.(a-1.6) g C.(a-3.2) g D.1.6 g

  简约解题思维:n(O)=n(H2O)=n(H2SO4)=2mol·L-1×0.050L=0.1mol,m(Cu、Fe)= a g-m(O)= a g-1.6 g=(a-1.6)g。正确答案选B。

  简约解题依据:混合物与硫酸恰好完全反应生成硫酸盐和水,根据氧原子守恒知,金属氧化物中的氧元素即转化成水中的氧元素,借助于化学式“H2O”架设起H2SO4与氧元素等物质的量的桥梁,金属氧化物中金属质量的求解思路一目了然,迎刃而解。

  简约思想感悟:化学式的简洁性众所周知,一个个化学式就是一个个鲜活的定量关系,个个精当好用,定量明确简洁,大有“四两拨千斤”之功效,熟练应用,恰到好处。以上一组计算选择题中的三个化学式:“CuCl2、NaNO3、H2O”,犹如一座座桥梁,沟通已知未知,让天堑变通途。

  二、一图示解,简明直观。

  例4.(2011·汕头模拟)将4.34 g Na、Na2O、Na2O2的混合物与足量的水反应,在标准状况下得到672 mL混合气体,将混合气体通电后恰好完全反应,则Na、Na2O、Na2O2的物质的量之比为( )

  A.4∶3∶2  B.1∶2∶1 C.1∶1∶2 D.1∶1∶1

  简约解题思维:锁定混合气体H2和O2恰好完全反应的物质的量比为2∶1,勾画定量图示:

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  显然,Na与Na2O2物质的量之比为4∶2,选项中唯A项符合。

  简约解题依据:2Na+2H2O==2NaOH+H2↑、2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑、2H2+O2追求简约,创新思维鈥斺斍程富Ъ扑愕募蛟蓟馓2H2O,由三个化学方程式的化学计量数化解为上述图示,简明直观,定量清楚,一锤定音。

  例5.等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积比为5∶6,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )

  A.甲、乙中都是铝过量 B.甲中铝过量、乙中碱过量

  C.甲中酸过量、乙中铝过量 D.甲中酸过量、乙中碱过量

  简约解题思维:锁定生成的H2体积比为5∶6,分别以5mol、6mol 计算。

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  显然,正确答案是B。

  简约解题依据:紧扣2Al+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4]+3H2↑两个反应和生成氢气体积比为5∶6,利用图示对等物质的量的铝分别与等物质的量的硫酸、氢氧化钠反应进行定量分析,判断何者过量,直观形象,让人信服,不感觉抽象。

  例6.(2010·四川高考) 绿矾(FeSO4?7H2O) 可用于生产红色颜料(Fe2O3),其方法是:将556a kg绿矾(摩尔质量为278 g·mol-1)溶于水中,加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应,鼓入足量空气搅拌,产生红褐色胶体;再向红褐色胶体中加入3336b kg绿矾和112c kg铁粉,鼓入足量空气搅拌,反应完成后,有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出;过滤后,沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁,则理论上可生产红色颜料_______kg。

  简约解题思维:将题设中的质量单位“kg”全换成“g”计算,结果一样。

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  由Fe元素守恒知:n(Fe2O3)=( 2a+12b+2c-8b)mol×1/2= (a+2b+c) mol,m(Fe2O3)=(160a+320b+160c)g

  简约解题依据:由556akg绿矾与氢氧化钠溶液恰好完全反应可求得参加反应的 NaOH和生成的Na2SO4的物质的量,且该反应中SO42-恰好守恒。由3336bkg绿矾知滤液Fe2(SO4)3中的SO42-与之守恒,故可求得Fe2(SO4)3中铁元素的物质的量。再利用Fe元素守恒计算Fe2O3的物质的量。图示自然简洁,条理清晰,将题设中的大量信息全转化为化学语言与有关化学量,还原化学本色,凸显解题思路,直捣黄龙。

  简约思想感悟:简约化是理科考生应具有的最基本的思维特征之一,将题设有关信息用直观图示形象表述,正是化繁为简的基本思维方法,也正是化学科学习能力的要求。以上一组计算题中的三个直观图示,犹如一幅幅简笔画,线条简单,形象易懂,意境直白,量化明确,解题到位。

  三、一线接轨,简洁流畅。

  例7.(2012·九江一模)将一定质量的镁、铜合金加入到稀硝酸溶液中,两者恰好完全反应,假设反应过程中还原产物全部是NO,向所得溶液中加入3 mol·L-1的NaOH溶液至沉淀完全,测得生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1g,则下列有关叙述中正确的是( )

  A.开始加入合金的质量可能为16.4g

  B.参加反应的硝酸的物质的量为0.1mol

  C.生成沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积为100ml

  D.标况下产物NO的体积为22.4L

  简约解题思维:合金→Mg(OH)2、Cu(OH)2→增重5.1g即OH-质量→n(OH-)=0.3mol→n(OH-)=n(e-)=n(NO)×3→n(NO)=0.1mol,即2.24L→选项D错→参加反应的硝酸为生成NO与生成硝酸盐的两部分,物质的量大于0.1mol→选项B错→n(OH-)=3mol·L-1×V=0.3mol→V=0.1L,即100mL→选项C正确→n(OH-)=n(e-)=n(合金)×2=0.3mol→n(合金)=0.15mol→用摩尔质量大的Cu验证只9.6g﹤16.4g→选项A错。正确答案为C。

  简约解题依据:增重5.1g即OH-质量,根据OH-的物质的量与电子守恒直接求解NO、NaOH、HNO3、合金等各量。

  例8.将一定量的锌与100mL 18.5 mol·L-1的浓硫酸充分反应后,锌完全溶解,同时生成33.6L(标准状况)。将反应后的溶液稀释至1L,测得溶液的pH=1(室温),下列叙述不正确的是( )

  A.反应消耗1.8molH2SO4

  B.气体甲中SO2与H2的体积比为4∶1

  C.反应消耗97.5gZn

  D.反应转移3mol电子

  简约解题思维:n(H2SO4)=1.85mol→反应后剩余H2SO4为0.05mol→反应消耗1.8molH2SO4→选项A正确→33.6L气体即1.5mol→反应转移电子3mol→选项D正确→由电子守恒知消耗的Zn为1.5mol,即97.5g→选项C正确→生成的ZnSO4为1.5mol→生成的SO2为0.3mol→生成的H2为1.2mol→甲中SO2与H2的体积比为1∶4→选项B不正确。正确答案为B。

  简约解题依据:浓硫酸与锌反应先生成SO2气体,浓硫酸变稀后,Zn又与稀H2SO4反应产生的H2,气体甲为SO2与H2的混合气。生成1mol SO2与生成1mol H2,转移电子均是2mol,由电子守恒直接解题。

  例9.(2011·临沂质检)将Cu片放入0.1mol·L-1 FeCl3溶液中,反应一定时间后取出Cu片,溶液中c(Fe3+)∶c(Fe2+)=2∶3,则Cu2+与Fe3+的物质的量之比为( )

  A.3∶2 B.3∶5 C.3∶4 D.4∶3

  简约解题思维:c(Fe3+)∶c(Fe2+)=2∶3→剩余2份Fe3+→生成3份Fe2+→生成1.5份Cu2+→Cu2+与Fe3+的物质的量之比1.5∶2=3∶4→正确答案为C。

  简约解题依据:Cu+2Fe3+==2Fe2++Cu2+或电子守恒。

  简约思想感悟:简约题设化学情境,要追求简洁流畅,要紧扣某个定量数据沟通各量计算,逐个化解。以上一组计算选择题中的三个数据“5.1g、 33.6L、2∶3”,犹如一石激起千重浪,由此及彼,层层深入,环环紧扣,步步推理,流畅清晰,富有美感。

  简约化解题必须注意的是:简约与简单就一字之差,但“简约”并不是简单的压缩和简化,更不能认为简单化就是体现简约化,这会忽视解题思维的训练。

  简约是一切艺术成熟的标志,简约是智慧的结晶。追求简约是人类的天性。人民教育家陶行知先生曾说:“凡做一事,要用最简单、最省力、最省钱、最省时的法子,去收最大的果。”美国的著名教育家布鲁纳说过“任何学科的内容都可以用更为经济、富有活力的简约方法表达出来,从而使学习者易于掌握。”在化学教学中,追寻简约,目的是还原化学本色,回归学科本位,以简约求丰富,以简约求内涵,以简约求创新,以简约求发展。在化学教学中,选择简约,关注简约,应用简约,创新简约,这是教师的明智,她将使教学更加精彩,更富有简约力,更富有吸引力,更富有生命力!

  福建古田一中 谋

  来源:人教网