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中学化学常用的思想方法邯郸四中张楠2013.09.27教育部颁布的《普通高中化学课程标准(实验)》,把“增强学生的创新精神和实践能力,树立辩证唯物主义的世界观”作为新课程的目标。新课程倡导学生自主学习、合作学习和探究学习,要求学会用多种手段和思想方法对信息进行加工处理,逐步形成可持续发展的思想。学科思想方法是学科的灵魂也是学科素养,是建立在扎实的基础知识之上的一种境界,它对学生的成长非常重要,一旦形成将终生受益,创新能力和终身学习的动力就有了源泉,化学成绩必然会有大的提升。一、化学与社会的和谐发展近年来,随着世界人口增长和经济的迅猛发展,世界资源的巨大消耗以及由此而产生的环境污染和人类生态平衡问题越来越引起了人们的重视和关注,许多国家提出了人类长期可持续发展的战略性问题,从而出现了发展绿色经济、开发绿色科技的热潮。由于化学在人类经济发展中的重大作用以及它在资源利用和对人类生存环境所产生的巨大影响,发展“绿色化学”,开发绿色产品(材料)及绿色化学工艺正成为近年来的热点和今后化学发展的重要方向。绿色化学(GreenChemistry)又称环境无害化学(EnvironmentallyBenignChemistry)、环境友好化学(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清洁化学(CleanChemistry)。【例题】工业上用洗净的废铜屑作原料制备硝酸铜。为了节约原料和防止污染环境,宜采用的方法是()A.Cu+HNO3(浓)→Cu(NO3)2B.Cu+HNO3(稀)→Cu(NO3)2C.Cu(与空气)→CuO(与硝酸)→Cu(NO3)2D.Cu(与浓硫酸)→CuSO4(与硝酸钡→Cu(NO3)2【例题】下列反应符合“绿色化学”思想的是()A乙烯聚合聚乙烯高分子材料B甲烷与氯气制备一氯甲烷C以铜和浓硫酸为原料生产硝酸铜D用SiO2制备高纯硅CA二、分类和比较1、分类思想元素位置结构性质金属元素:单质、氧化物、氢氧化物和盐;非金属元素:大致、氧化物、氢化物、酸和盐。分类思想在复习“常见无机物及其应用”板块中的应用化学性质物理性质氧还性通性特性用途制法物质引导学生从繁琐的记忆中解脱出来,体会化学的真谛,体会学习化学的乐趣。知识零碎、化学方程式的书写困难,历来都是制约化学学习的瓶颈,要交给学生正确的学习方法。【应用举例】1、离子共存问题;2、同分异构体的种类;3、重要的有机反应类型;4、常见的制气装置;5、常见的干燥装置;6、混合物的常见分离方法;7、能发生银镜反应的物质;8、既能和盐酸又能和氢氧化钠反应的物质;………………………………二、分类和比较(2)比较(对比)思想对比思想即从不同的角度比较事物的异同,然后找出各自的特征和彼此之间的联系,为进一步的判断、推理、归纳和迁移打下基础。【例题】已知33As、35Br位于同一周期,下列关系正确的是()A.原子半径:As>Cl>PB.热稳定性:HCl>AsH3>HBrC.还原性:As3->S2->Cl-D.酸性:H3AsO4>H2SO4>H3PO4C【例题】实验室中利用复分解反应制取Mg(OH)2。实验数据和现象如下表所示(溶液体积均取用1mL)组别药品1药品2实验现象I0.1mol/LNaOH溶液0.1mol/LMgCl2溶液生成白色沉淀II0.1mol/L氨水0.1mol/LMgCl2溶液无现象III1mol/L氨水1mol/LMgCl2溶液现象IIIIV1mol/L氨水0.1mol/LMgCl2溶液生成白色沉淀V0.1mol/L氨水1mol/LMgCl2溶液无现象(1)分析I、II实验现象不同的原因是;(2)现象III是;(3)根据实验IV、V产生不同现象,你得到的结论是。NaOH是强碱、氨水是弱碱,NaOH溶液中的c(OH-)大于氨水中c(OH-)生成白色沉淀在其他条件相同的条件下,改变氨水的浓度对生成Mg(OH)2的影响比MgCl2大。三、假说、模型(1)假说假说是以已有事实材料和科学理论为依据,面对未知事实或规律所提出的一种推测性说明。(2011安徽高考28)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程,利用Fe粉和KNO3溶液反应,探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。(1)实验前:①先用0.1mol·L-1H2SO4洗涤Fe粉,其目的是,然后用蒸馏水洗涤至中性;②将KNO3溶液的pH调至2.5;③为防止空气中的O2对脱氮的影响,应向KNO3溶液中通入(写化学式)。(2)下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中,测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式。t1时刻后,该反应仍在进行,溶液中NH4+的浓度在增大,Fe2+的浓度却没有增大,可能的原因是。除去铁粉表面的氧化物等杂质N24Fe+10H++NO3-=4Fe2++NH4++3H2O生成的Fe2+水解(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设,请你完成假设二和假设三:假设一:溶液的pH;假设二:;假设三:;……(4)请你设计实验验证上述假设一,写出实验步骤及结论。(已知:溶液中的NO3-浓度可用离子色谱仪测定)温度铁粉颗粒大小(4)实验步骤及结论:①分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中;②调节溶液呈酸性且pH各不相同,并通入氮气;③分别向上述溶液中加入足量等质量的同种铁粉;④用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3-的浓度。若pH不同KNO3溶液中,测出的NO3-浓度不同,表明pH对脱氮速率有影响,否则无影响。(本题属于开放性试题,合理答案均可)三、假说、模型(2)模型思想模型分为两类,一类是物体模型,另一类属思维模型平衡原理的分析思维模式条件改变平衡移动各种量变有关化学平衡的计算——“三段式”起始转化平衡(2011全国II卷8)在容积可变的密闭容器中,2mo1N2和8mo1H2在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时的氮气的体积分数接近于A.5%B.10%C.15%D.20%解析:N2+3H22NH3起始量(mol)280转化量(mol)2/324/3平衡量(mol)4/364/3所以平衡时的氮气的体积分数=答案:C化学平衡的扩张与压缩模型14.在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下容器甲乙丙反应物投入量1molN2、3molH22molNH34molNH3NH3的浓度(mol·L)c1c2c3反应的能量变化放出akJ吸收bkJ吸收ckJ体系压强(Pa)p1p2p3反应物转化率目的原理装置步骤现象解释结论一定要明确,可在题上划出。决不可忽视,写出化学方程式。看懂各部分的作用?看懂:思考为什么?表述要全面(实验前——试验中——试验后)清楚明白,准确规范,贴题要前呼后应注意1、化学用语要准确;2、选择:可漏选,不错选。建构解实验题的思维模型2020/3/31【例题】(2010年北京27/13分)为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。化学实验题的解法2020/3/31(1)A中产生黄绿色气体,其电子式是。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是。(3)B中溶液发生反应的离子方程式是。(4)为验证溴的氧化性强于碘,过程Ⅳ的操作和现象是。(5)过程Ⅲ实验的目的是。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:同主族元素从上到下,得电子能力逐渐减弱。化学实验题的解法2020/3/31【例题】(2010年北京27/13分)为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。原理?装置化学实验题的解法目的?2020/3/31【例题1】(2010年北京27/13分)为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。装置各部分作用目的、原理制氯气Cl2I2Cl2Br2吸收Cl2猜制Br2?Br2I2化学实验题的解法2020/3/31实验过程:Ⅰ.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。Ⅲ.当B中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞a。Ⅳ.……猜制Br2?B中还通入Cl2,C中不再通入Cl2,为什么?B中继续反应生成Br2,弦外之音是什么?C中没有Cl2,只有Br2化学实验题的解法2020/3/31实验过程:Ⅰ.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。Ⅲ.当B中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞a。Ⅳ.……(1)A中产生黄绿色气体,其电子式是。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是。(3)B中溶液发生反应的离子方程式是。(4)为验证溴的氧化性强于碘,过程Ⅳ的操作和现象是。(5)过程Ⅲ实验的目的是。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:同主族元素从上到下,得电子能力逐渐减弱。步骤原理现象操作目的解释现象化学实验题的解法四、控制变量思想“控制变量”思想方法在化学实验中的应用30【例题1】(2010全国课标卷28)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:(1)上述实验中发生反应的化学方程式有;Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是;生成的铜覆盖在锌表面,与硫酸溶液一起构成Cu-Zn-H2SO4原电池。31(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4中溶液,可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是;Ag2SO4溶液(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有。升高温度、增加硫酸浓度等32(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。混合溶液\实验ABCDEF4mol·L-1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100①请完成此实验设计,其中:V1=,V6=,V9=;33混合溶液\实验ABCDEF4mol·L-1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100作用是什么?不变量变量=30mL=10mL=17.5mL34③该同学最后得出的结论为:当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因。当加入的CuSO4比较多时,置换出的铜将Zn的表面包裹起来,使Zn与硫酸溶液的接触面积减小,导致反应速率下降。②反应一段时间后,实验A中的金属呈色,实验E中的金属呈色;灰黑暗红一、“控制变量”思想方法的定义当研究多个因素之间的关系时,往往先控制其他几个因素,集中研究其中因素的变化所产生的影响,这就是控制变量的思想方法。不变一个二、“控制变量”思想方法的应用1、“控制变量”思想方法在解答化学高考题中的应用运用“控制变量”思想方法解题的思路1、明确研究对象2、分清可控制的变量与不变量只有可控制的变量和结论是变化的【练习1】(2008年海南)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验:序号内容实验现象序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中1个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中1小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中1个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中1小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中1小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中1小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重(
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