挖掘隱性參照對象的解題方法及其應用探究
2007-01-01 00:00:00李順友
化學教學 2007年2期
文章編號：1005-6629(2007)02-0070-04
中圖分類號：G634．479
文獻標識碼：B
1 隱性比較型習題的外部特征
隱性比較型習題從整體角度歸納沒有統一的外部特征，但如果縮小范圍，其中有相當量的計算型選擇題具有共同的外部特征：表現為選項中含不等式選項。且正確答案只有一個，為某一不等式選項。如例題1、4、9、10、11等。對于其余沒有明顯統一外部特征的另幾類習題的識別方法并非無規可循，但須靠在平時解題中不斷地積累、總結。
2 隱性參照對象與顯性研究問題的比較
隸屬隱性比較型習題的一類含不等式選項的計算型選擇題，由于要解決的顯性問題為較復雜問題，具有不確定性，結果為一范圍，客觀上致使解題時若直奔主題必將無從下手；而隱性參照對象研究的是基礎性或簡單性問題，具有確定性，結果為定值。顯性問題極端化就是隱性參照對象，而隱性參照對象只有通過假設才能顯性化。只有選擇具有確定性的隱性參照對象作為參照才能解決具有不確定性的顯性問題。
3 隱性參照對象在解題中的作用
建構主義學習理論可以很好地說明隱性參照對象在解題中的作用。建構主義學習理論認為，學習是基于學習者的經驗進行知識建構的過程，因此學習者在習得知識時，總是應用自己原有知識經驗對問題進行分析、篩選。挖掘隱性參照對象就是為了幫助學生充分應用已有的解題知識與經驗分析、篩選顯性問題實施解題，因此通過挖掘隱性參照對象解題符合學生認知規律，必將提高學生解題效益和能力。
4 挖掘隱性參照對象的方法及其應用舉例
由于隱性參照對象是顯性問題的極端情形，因此挖掘隱性參照對象的一般方法就是將習題要解決的顯性問題推至極端。下面就舉例說明挖掘隱性參照對象的一般方法在解題中具體應用。
4．1 以反應進行到底為參照對象判斷半途終止的反應情形
例1．向50mL18mol·L-1 H2SO4溶液中加入足量的銅片并加熱，充分反應后，被還原的H2SO4的物質的量為( )
A．等于0．9mol
B．等于0．45mol
C．在0．45 mol和0．90 mol之間
D．小于0．45mol
解析n(H2O4)=0．05L×18mol·L-1=0．9 mol。由反應式Cu+2H2O4(濃) CuSO4+2H2O+SO2↑可知，被還原的H２SO4是參加反應H2SO4量的一半；假設0．9mol H2SO4能反應完，則被還原的H2SO4為0．45mol。但實際上隨著反應的進行，H2SO4溶液的濃度逐漸變稀，而稀H2SO4溶液不與Cu反應，即0．9molH2SO。不可能完全與Cu反應，因此被還原的H2SO4必小于0．45 mol，故選項D符合題意。
4．2以完全分解為參照對象推算實際分解程度
例2．純凈的碳酸氫鈣試樣在高溫下分解，當剩余固體的質量為原試樣質量的一半時。碳酸氫鈣的分解率是( )
A．50％ B．75％ C．92．7％ D．100％
解析碳酸氫鈣稍加熱就會分解(分解溫度低于100℃)Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O↑+CO2↑，當高溫時CaCO3繼續分解CaCO3 CO2↑+CaO。設有1mol(質量為162g)Ca(HCO3)2被加熱，假設其完全分解，生成CaC03固體質量為100g，大于162g的一半；現剩余固體為原質量的一半(即81g)時，說明CaCO3已部分分解，Ca(HCO3)2則完全分解，故碳酸氫鈣分解率為100％，選項D符合題意。
4．3 以完全燃燒為參照對象判斷出不完全燃燒情形
例3．將1mol CH4和適量的氧氣在密閉容器中點燃，充分反應后，甲烷和氧氣均無剩余，且產物均為氣體(101kPa，120℃)，其總質量為72g。下列有關敘述不正確的是( )
A．若將產物通過堿石灰，則可全被吸收，若通過濃硫酸．則不能被完全吸收
B．產物的平均摩爾質量為24g／mol
C．若將產物通過濃硫酸充分吸收后恢復至(101kPa，120℃)，則壓強變為原來的1／3
D．反應中消耗的氧氣為56g
解析此題若依據“甲烷和氧氣均無剩余”主觀臆斷甲烷完全燃燒，則會錯選(D)；究其錯因是因為甲烷和氧氣完全反應與甲烷完全燃燒不是一回事，“甲烷和氧氣均無剩余”只能說明甲烷和氧氣完全反應，而甲烷和氧氣完全反應既可能是甲烷完全燃燒也可能是甲烷不完全燃燒。那么如何判斷甲烷燃燒的程度呢?很多學生茫然失措。但若以甲烷完全燃燒為參照對象實施判斷，難題便可迎刃而解。假設1mol甲烷完全燃燒，由方程式CH4+2O2 CO2+2H2O不難算出生成的氣體產物總質量為80g，大于題給72g，所以本題中甲烷的燃燒為不完全燃燒，即甲烷和氧氣完全反應生成的氣體產物中除CO2、H2O(g)外還有CO。棘手問題突破后，便能通過逐項判斷或計算得出只有選項A符合題意。
4．4 以不可逆反應為參照對象判斷可逆反應進行的程度
例4．在一定溫度下，將各1mol CO和水蒸氣放在密閉的容器中反應：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，達到平衡后測得CO2為0．6mol，再通入4mol水蒸氣，達到新平衡后，CO2的物質的量為( )
A．等于0．6mol
B．等于1mol
C．大于0．6mol小于1mol
D．大于1mol
解析依題意，原平衡時CO2為0．6mol，再通入4md水蒸氣，平衡右移，新平衡時CO2大于0．6mol。一般學生都能順利解出這步，但對于CO2的另一范圍部分學生就存在困難。由于再通人4mol水蒸氣達到新平衡后CO2的物質的量與初始加入1mol CO和5mol水蒸氣達到平衡后相同，為解決困難，可按如下方法推算：假設題中可逆反應為不可逆反應．則1mol CO和5mol水蒸氣反應后生成1mol CO2；而題中反應實際為可逆反應，1mol CO不可能反應完。自然新平衡時生成的CO2就會小于1mol，故選項C符合題意。
4．5以平衡不移動為參照對象判斷平衡的移動問題
例5．在一密閉容器中，反應aA(g) bB(g)達到平衡后，保持溫度不變，將密閉容器體積增加一倍，當達到新的平衡時，B的濃度是原來的60％，則( )
A．平衡向正反應方向移動了
B．物質A的轉化率減小了
C．物質B的質量分數增加了
D．化學計量數：a>b
解析本題解題關鍵是首先判斷出平衡移動方向。假設條件改變時平衡不移動，則新平衡時B的濃度是原來的50％，而題給60％>50％，故條件改變時平衡向正反應方向移動。根據平衡移動方向可判斷出符合題意選項為A、C。
4．6 以恰好完全中和作為參照對象分析酸堿(一強一弱)中和反應的結果
例6．經測定某溶液中只含NH4+、CI-、H+、OH-四種離子，下列說法中錯誤的是( )。
A．溶液中四種粒子之間不可能滿足：c(CI-)>c(H+)>c(NH4+)>c(OH-)
B．若溶液中粒子之間滿足c(NH4+)>c(OH-)c(OH-)>c(H+)，則溶液中溶質一定為NH4C1和NH3·H2O
C．若溶液中粒子間滿足c(CI-)>c(NH4+>c(H+)>c(0H-)，則溶液中溶質一定只有NH4CI
D．若溶液中c(NH4+)=c(CI-)，則該溶液一定顯中性
解析 選擇NH4Cl溶液中離子濃度之間的關系為參照對象。在NH4Cl溶液中存在關系：①電荷平衡關系：c(NH4+)+c(H+)=c(CI-)+c(OH-)；②c(CI-)>c(NH4+)+c(H+)>c(OH-)。參照NH4)Cl溶液中存在的關系。滿足A中關系式的只能是NH4C1和HC1的混合溶液；而滿足C中關系式的溶液中溶質不一定只是NH4C1，也可能是NH4C1和HC1。參照關系式②，要使c(NH4+)>c(CI-)>c(OH-)>c(H+)，只能加入氨水，故B正確；參照關系式①，D正確。故符合題意選項為A、C。
4．7以純水中c(H+)=c(OH-)作為參照對象推斷正鹽溶液中質子平衡關系
例7．由于硫化鈉溶液中水本身電離的H+的物質的量濃度與OH-的物質的量濃度相等，而水電離的Ht一部分與S2-作用又以H2S、HS-形式存在。根據H+(質子)守恒，故存在質子平衡關系：2c(H-S)+c(HS-)+c(H+)=c(OH-)
4．8 以常溫時已電離的純水量作為參照對象推斷溶液的酸堿性
例8．已知常溫下1L溶液中已電離的水是1．0x10-13mol，在此溶液中能大量共存的離子組是( )
解析本題表面屬于顯性比較題。但內藏隱性比較，本質上屬于隱性雙重比較題或外顯內隱型雙重比較題。敏捷地揭示并以隱性參照對象作為參照解題也是隱性雙重比較題解題的突破口和關鍵。假設醋酸中未電離的醋酸分子在稀釋過程中不電離。鹽酸已完全電離，則m=n。但由于未電離的醋酸分子稀釋過程中在不斷電離出H+，故要滿足稀釋后兩溶液的c(H+)仍相同，則醋酸加水稀釋的倍數m須比鹽酸n多，才可能符合要求，故選項A符合題意。
4．10以強電解質作為參照對象研究弱電解質相關問題
例10．等量的NaOH溶液分別用oH=2和pH=3的醋酸中和，設消耗醋酸的體積依次為Va和Vb，則二者關系正確的是( )。
解析溶液的混合計算是常規題，有普通解法，也有巧解。巧解的關鍵解題思路就是以等質量混合作為參照對象來推算不等質量混合(即等體積)混合問題。巧解的具體解題過程為：等體積混合前，濃的密度較大，所以濃的溶液的質量大。假設將濃溶液分為兩部分，分別為Ⅰ、Ⅱ。其中Ⅰ部分的質量與稀溶液質量相同，多余的為Ⅱ部分。現將混合過程分為兩步，先混合Ⅰ與稀溶液，此時為等質量混合，混合后的質量分數為20％，再將余下的Ⅱ部分較濃的混入，顯然最終的質量分數大于20％小于35％。故選項A符合題意。
此題為濃的溶液密度較大的混合問題，但也有濃溶液密度較小情況，如酒精或氨水溶液的混合就是如此。可用同樣的方法分析，但是結論是不同的。
4．12 以中介橋梁為隱性參照對象比較顯性比較對象
在化學平衡部分，我們常常會遇到兩個不同狀態A、B的對比問題，有時一時難以把握或揭示它們的內在關系。假若能挖掘一個與A相似(或相近或相同)、與B存在某種轉化關系的起中介橋梁作用的相關參照對象，就可啟發我們去對比、去揭示它們的內在關系。
例12．在一體積不變的密閉容器中投入1molPC15，在200℃發生反應
則M％與N％的大小關系如何?
解析本題屬于隱性雙重比較題，對題設的兩個初始狀態(Ⅰ、Ⅱ)分別達到平衡狀態的結果直接比較確實難以下手。但如果假設這樣一個參照對象即初始狀態(Ⅲ)，它與狀態(Ⅰ)等同或等效，而改變某一條件可轉化為(Ⅱ)，難題將容易解決。分析過程如下圖所示。
若理解為對平衡狀態Ⅲ’(T，2V)再加壓(2V→V)即得平衡狀態Ⅱ’，顯然M>N。
在元素周期表中，不在同一主族又不在同一周期兩種元素性質之間的比較。就需要找到一種參照元素與兩個需比較的元素中其一在同一周期另一在同一主族，只有找到這種元素并以這種元素作為參照與聯系橋梁，才能完成兩個顯性比較元素的比較。
以上例舉了一些化學解題中挖掘隱性參照物對象的方法及其應用。事實上挖掘并合理選擇參照對象，是解題時常用的思想方法。具體題例除上述外，常見的還有如：元素周期表中未知元素性質的推斷就是首先要選擇同主族已學過元素作為參照元素，然后運用同主族元素性質的相似性和遞變性才能對未知元素可能具有的性質作出正確預測；極限法就是以一種或若干種極端情況作為隱性參照對象解決習題要研究問題的一種解題方法；有機物組成與結構之間的相互推斷以及不飽和度的計算就是以烷烴的組成與結構作為隱性參照對象；研究抽象問題時常以具體實例的共性與相互聯系為隱性參照對象等等。這些類型平時研究較多就不再贅言了。
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
