淺談解決化學學科計算問題應遵循的基本原則

黃小勇

原則之一——熟悉化原則

熟悉化原則就是設法把陌生的問題，轉化為與之有關的熟悉問題，用熟悉的知識或方法架設由已知到未知的橋梁，促使問題更容易解決。

例1非整比化合物Fe0.95O具有氯化鈉型晶體結構，由于n（Fe）：n（O）<1，所以晶體結構存在缺陷。（1）Fe0.95O中Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）各占總鐵量的百分之幾？（2）寫出標明鐵價態的該晶體的化學式 ? ? 。

分析與解答本題所涉及的是一個與定組成不相符合的全新問題。然而，只要認真分析題意，將Fe0.95O改造為Fea（Ⅱ）Fe（0.95-a）（Ⅲ）O的形式。依據這一形式，巧用大家熟悉的正負化合價守恒的原則，即可列出如下等式：2a+（0.95-a）×3=2，解得a=0.85，所以Fe（Ⅱ）在總鐵量中占：0.850.95×100%=89.5%，Fe（Ⅲ）在總鐵量中占：0.10.95×100%=10.5%，最后可寫出該晶體的化學式為：Fe0.85（Ⅱ）Fe0.1（Ⅲ）O。答：（略）。

原則之二——整體化原則

整體化原則就是設法統觀全題，從整體上進行綜合分析，找出物質變化的始態和終態，并由此尋求解決問題的最佳途徑，最后完成對整個問題的解決。

例2近年來，工業上用Mg（NO3）2替代濃H2SO4作為制取濃HNO3的脫水劑（以下數據均為溶液中溶質的質量分數），65% HNO3（質量為m1）中加72% Mg（NO3）2溶液（質量為m2）后蒸餾，分別得到97.5% HNO3和60% ?Mg（NO3）2溶液（不含HNO3）。

（1）若蒸餾過程中HNO3、Mg（NO3）2、H2O均無損失，求蒸餾前投料比m1m2的值。

（2）蒸餾過程中，若H2O的損耗占總質量的5.0%，即有（m1+m2）×5.0%的H2O流失，則投料時，比值m1m2應該（選填增大、減小或不變）。

分析與解答 本題是一道提供新情景制備濃硝酸的方法。只要認真分析題中條件，從整體上來考慮問題，架橋變通，即利用題給信息，將濃溶液（稀溶液）轉換為稀溶液（濃溶液），再抓蒸餾前后溶液質量不變，則題中的問題，便可迎刃而解。依據蒸餾前后溶液質量不變，則有m1+m2=m1×65%97.5%+m2×72%60%解得m1m2=35;同理：m1+m2=m1×65%97.5%+m2×72%60%+0.05（m1+m2）解得m1m2=1517>35，即m1m2比值增大。答：（略）。

原則之三——直觀化原則

直觀化原則就是設法將物質及其變化中的定量關系，用圖表、圖像等直觀、形象的手段表示出來，有利于比較、分析、判斷、綜合，促成化學思維與數學思維的巧妙結合，使問題得以清晰解決。

例3等量的鈉、鎂、鋁與等量的鹽酸作用產生H2，放出H2的體積可出現下列4種情況：A.Na>Mg=AlB.Na=Mg=AlC.Mg=Al>NaD.Al>Mg>Na若鹽酸的濃度為4.00 mol·L-1、體積為250.0 mL時，將滿足上述4種情況所需金屬的物質的量x和金屬的質量y填入下表中：等量的鈉、鎂、鋁ABCDⅠ.金屬的物質的量x/molⅡ.金屬的質量y/g分析與解答本題是一道以基礎內容入題，知識起點低，但考查學生的能力層次非常高，對于這樣的復雜問題，倘若能利用數形結合的方法來分析題意，則可使思路變得清晰，問題會更加容易解決，根據題意知，n（HCl）=4.00 mol·L-1×0.25L=1.0 mol，假定這1.0 mol的鹽酸全部參加反應完，則有如下關系：2Na～2HCl～H21 mol1 mol1 gMg～2HCl～H212 mol1 mol1 g2Al～6HCl～3H213 mol1 mol1 g圖1由上述轉化關系及題給條件，在同一坐標系中分別對情況Ⅰ做m（H2）～x圖;對情況Ⅱ做m（H2）～y圖（圖1所示）。綜合分析以上圖1中兩曲線的相互關系，可迅速、準確地得出本題的正確答案。答案見下表。等量的鈉、鎂、鋁ABCDⅠ.金屬的物質的量x/molx>1x=112≤x≤10<x<12Ⅱ.金屬的質量y/gy>23y=2312≤y≤230<y<12原則之四——簡單化原則簡單化原則就是設法使復雜問題向著簡單問題的方向轉化，即由繁到簡，抓住問題的關鍵點進行剖析、分解、轉化，使復雜問題得以迅速解決。例4已知亞鐵鹽在酸性溶液中易被氧化為鐵鹽。現用0.02 mol·L-1的KMnO4溶液做測定某純FeSO4·7H2O樣品是否部分風化的實驗：將樣品0.8302 g溶于用H2SO4酸化過的水中，然后用滴定管滴加0.02 mol·L-1的KMnO4溶液，當滴加至溶液剛好顯出粉紅色時即終止滴定，共用去KMnO4溶液30.0 mL。試通過計算判斷該樣品是否已經部分失水;如已失水，則失水率（失去的結晶水占全部結晶水的百分率）是多少？

分析與解答本題是一道涉及氧化還原反應知識的綜合計算題，且題目中包含（隱含）著眾多守恒關系，有一定難度，但只要認真分析題意，抓住氧化還原反應中得失電子總數相等，則失水率可迅速求出。根據題中條件知，在反應中有Fe2+-1e-Fe3+、MnO-4+5e-Mn2+。若設被氧化的FeSO4·7H2O質量為x，根據電子守恒得：0.02 mol·L-1×0.03 L×5=x278 g·mol-1×1解得x=0.834 g此量為未失水時FeSO4·7H2O的質量。其中含水的質量為：0.834 g×126 g·mol-1278 g·mol-1=0.378 g。故失水量為：0.834 g-0.8302 g=0.0038 g，所以失水率為：0.0038 g0.378 g×100%=1.0%。答：（略）。

（收稿日期：2015-07-10）