化学计算的实质是解决一定的数量关系问题,实现由已知求得未知的过程。化学计算的解题活动是以化学原理为核心和基础,以数学工具为手段,解决化学反应及变化过程中或溶液变化过程中物质之间的数量关系问题,实现由已知求得未知的过程(王磊、齐红涛:《化学计算解题教学的心理机制研究》,《化学教育》1996年第6期)。
解化学计算题时,首先要清楚计算内容所涉及的概念。其次要弄清有关计算公式、概念和化学事实之间的相互关系,应用条件和范围。然后认真琢磨、准确理解题意,找到已知和求解之间的思路和线索,把概念、公式和求解条件等紧密结合起来考虑,理出解题的层次、形成完整的解题思路,选择简捷的解题方法进行解题运算。最后复检运算过程和结果与解题要求是否完全吻合,数字有无差错,直到全部内容都达到题意要求,即为正确答案。
下面介绍几种典型的解题方法:
1.守恒法
守恒法的计算实质是:不追究中间过程与组合方式,只把问题分成始态与终态、得与失、正与负两个方面进行整体思维,从而获得十分简明的量的关系。在有关的多步反应、并行反应、混合物的综合计算等问题中,如果能巧用守恒规律,可使解题思路简明、方法简单、步骤简化,收到事半功倍的效果。
化学计算中的主要守恒关系有:
●化学反应前后质量守恒,溶液稀释前后溶质质量守恒。
●化学反应前后(包括多步反应)某微粒个数(或物质的量)守恒。
●氧化还原反应中,氧化剂与还原剂得失电子数守恒。
●电解质溶液中阴、阳离子所带电荷总数守恒。
守恒的类型主要有:
(1)质量守恒
质量守恒是化学方程式计算的基础,其基本模型为:
∑反应物质量=∑生成物质量
∑反应物中x元素质量=∑生成物中x元素质量
(2)原子守恒法
∑反应物原子数=∑生成物原子数
(3)电子守恒法
电子守恒是配平氧化还原反应方程式及进行有关计算的基础。
其基本模式是:在同一反应中,∑(+ne)=∑(—ne)。
表现为:∑化合价降低数=∑化合价升高数
2.关系式法
该法的主要计算基础是比例关系,核心是物质的量。
其模式为:nA∶nB=nA'∶nB'
3.差量法
差量法的实质是比例法,是利用反应体系中某化学量从始态到终态的差量,作为解题的突破口。
其模式为:m∶m'=△m∶△m'
4.平均值法
两个数进行算术平均所得的平均值,一定介于两个数之间。若已知平均值,则可推断原来两个数一定有一个比平均值大,另一个比平均值小。这种用平均值去判断两个数的取值范围的方法称为平均值法。
例9.丙烯与某种气态烃组成的混合气体完全燃烧所需氧气的体积是混合气体的3倍(气体体积均在相同条件下测定),求烃的分子式。
【解题思路】丙烯燃烧消耗O2:
C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O,
1体积丙烯完全燃烧消耗4.5体积的O2,则另一种烃完全燃烧消耗O2的体积一定小于3倍烃的体积,设该烃的分子式为CxHy:
CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2 H2O
∵x+y/4<3 ∴y<4(3—x)
讨论:(1)当x=l时,y<8,烃的分子式为CH4。
(2)当x=2时,y<4,烃的分子式为C2H2。
5.极值法
极值法就是从某个极限状态去考虑问题,进行分析、判断、推理的方法。
6.十字交叉法
十字交叉法是用对角线图式进行物质相对含量的某些计算的方法,该法借助了数学中的类似方法,具有类比推理的思维特点。
7.数轴法
运用数轴解题,适用于各类讨论型计算题,有利于学生确定讨论范围,尤其是有利于提高用≥(≤)
还是>(<=的准确性,且使较为抽象的讨论题直观化,思考难度降低,方法简单、易懂。
解题步骤:
(1)写出直接反应,不考虑其它中间反应。
(2)画数轴,确定变量x,根据反应物物质的量之间的关系在轴上找出特殊点。
(3)判断各特殊点、各区间内的物质各是什么。
(4)确定讨论范围。
(5)根据题意列方程求解。