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悟教化学园

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日志

 
 

等效假设在解决化学问题中的应用  

2013-10-02 15:51:38|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  等效假设是一种解题思维模式,它是指以效果相同出发,对所研究的对象提出一些方案或设想进行研究的一种方法,在化学解题中常见的“等效假设”包括极端假设法、过程假设法、转向假设法、赋值假设法、中值假设法,这些方法具有启迪思维、扩大视野、触类旁通的作用。下面,笔者就如何巧妙地将“等效假设法”运用于处理化学计算难题中谈谈自己的体会,以供参考。
        一、极端假设法
        也称为极值法或极限法,主要用于判断某一量的取值范围。其实质是把所研究的化学问题“极端处理”,推出其极限值(或端点值),从而迅速获取正确答案,在解题中具有其它方法不能替代的作用。
例1、Na、Mg、Al三种金属的混合物,与足量稀硫酸充分反应后,产生标准状况下的氢气2.24L,则金属混合物总的物质的量可能为( )。
        A、0.010mol B、0.050mol C、0.10mol D、0.20mol
        解析:假设混合物全由+1价金属组成,则n(混)=2n(H2)=0.20mol(上限);假设混合物全由+3价金属组成,则n(混)= n(H2)=0.067mol(下限)。实际上混合物由+1、+2和+3价金属共同组成,故0.067mol<n(混)<0.20mol。
        答案:C。
        例2、在标准状况下,将NO、NO2和O2混合并充满容器,然后把容器倒置于足量水中,充分反应后,水充满容器(假设产物不扩散)。则容器内HNO3浓度的取值范围是( )。
        A. mol·L-1<c(HNO3)<  mol·L-1
        B.  mol·L-1<c(HNO3)< mol·L-1
        C.  mol·L-1<c(HNO3)<  mol·L-1    
        D.0mol·L-1<c(HNO3)<  mol·L-1
        解析:先假设混合物全由NO2和O2组成,则反应为:
        4NO2+O2+2H2O=4HNO3
        由此得HNO3浓度的上限值:
        c1=          = mol·L-1
        再假设混合物全由NO和O2组成,则反应为:
        4NO+3O2+2H2O=4HNO3,
        HNO3浓度的下限值为:
        c2=          =  mol·L-1
        故  mol·L-1<c(HNO3)< mol·L-1
        答案:B。
        二、过程假设法
        过程假设法是把复杂的化学过程分解为两个或多个简单理想的过程,并以它作为参照,使问题变得非常简单明了,从而达到事半功倍的解题效果。
        例3、将含1mol NH3的密闭容器a加热,部分NH3分解并达到平衡,此时NH3的体积分数为m%。若在该容器中加入2mol NH3后密封,加热到相同温度,使反应达到平衡时,设NH3的体积分数为n%。
则m和n的大小关系正确的是( )。
        A.m>n  B.m<n  C.m=n  D.m≥n
        解析:可将第二次达到平衡的过程假设如下:先将2mol NH3充入2倍于a容器容积的容器中(温度不变),则所建立的平衡状态相同,φ(NH3)=m%;再将b容器的容积压缩一半,则平衡2NH3=N2+3H2逆向移动,达到新的平衡后φ(NH3)必增大,即n%>m%。
        答案:B。
        三、转向假设法
也称为反向假设或逆向假设,其特点是通过改变所研究化学对象的条件或结论,而达到从侧面或反方向解决问题的目的。
        例4、pH相同、体积相同的盐酸和醋酸,分别与体积和溶质浓度相同的氢氧化钠溶液混合,若醋酸与氢氧化钠混合后溶液的pH等于7,则盐酸与氢氧化钠混合后溶液的pH( )。
        A.大于7 B.小于7 C.等于7 D.无法判断
        解析:pH相同时,c(CH3COOH)>>c(HC1),结合V[CH3COOH(aq)]=V[HC1(aq)]可知:n(CH3COOH>>n(HC1)。假设盐酸与NaOH反应后所得溶液的pH=7,则醋酸与NaOH反应后所得溶液的pH<7(因CH3COOH过量很多);若使后者的pH=7,应向其中再加入适量的NaOH溶液。由于要保证与两种酸反应的NaOH的量相同,则相应向盐酸与NaOH反应后的溶液中加同样多的NaOH溶液,其pH必大于7。
        答案:A。
        四、赋值假设法
        在无数据计算及已知条件以字母、比值形式出现时,巧妙而又合理地赋予题目一些具体的量值,可将抽象问题具体化,从而可使问题得以顺利解决。
        例5、某溶液中C1-、Br-、I-的物质的量之比为1∶2∶3,欲使其比为3∶2∶1,需通入Cl2的物质的量与原溶液中I-物质的量之比为( )。
        A.1∶2  B.2∶1  C.1∶3  D.3∶1
        解析:由于还原性I->Br-,所以当反应后溶液中有I-存在时,通入的Cl2只将部分I-氧化:Cl2+2I-=2Cl-+I2,Br-未反应,其结果使I-减少和Cl-增加,而Br-的量保持不变。设反应前溶液中Cl-、Br-、I-依次为3mol、2mol和1mol,则反应后Cl-、Br-、I-分别为1mol、2mol和3mol。根据I-物质的量的减少(或Cl-物质的量的增加),不难求得参加反应的Cl2为1mol,所求n(Cl2)∶n(I-)=1∶3。
        答案:C。
        五、中值假设法
        所谓中值假设是选定恰好发生化学反应的那一点作为参照点,通过分析和对比量变关系进行求解的方法。此法多用于选择性反应中的过量判断及推断连续反应产物的组成。
        例6、有一浓度为2mol·L-1的NaOH溶液200mol,现向其中通入一定量的CO2气体,充分反应后,在低温下蒸干所得溶液,得无水固体27.4g。通过计算判断所得固体由什么物质组成。
       解析:n(NaOH)=0.4mol,m(NaOH)=16g。假设NaOH全转化为Na2CO3, 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,则m(Na2CO3)=0.2mol×106g·mol-1=21.2g;假设NaOH全转化为NaHCO3,NaOH+CO2=NaHCO3,则m(NaHCO3)=0.4mol×84g·mol-1=33.6g。实际所得固体质量为27.4g,21.2g<27.4g<33.6g,因此所得固体是Na2CO3和NaHCO3组成的混合物。
        “等效假设”是一种解决化学试题的常用方法,能使陌生、复杂的问题转化为熟悉、简单的问题,起到化繁为简、化难为易的功效,从而大大提高解题效率,同时也有利于提高创造性思维的能力。
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