小小化學式 蘊含大文章

周家城

（古田縣第一中學，福建 古田 352 2 0 0）

以下是化學式的自我表白：我是一個不顯眼的小式子，化學學習的常用工具，是用元素符號與數(shù)字的組合表示物質(zhì)組成的式子。顧名思義，我有許多定性知識與定量關(guān)系的文章可做。比如，我有兩種宏觀的定性描述：一是我叫什么物質(zhì)；二是我由什么元素組成的。我還有多種微觀的定量說法：若是由分子構(gòu)成的物質(zhì)則表示什么分子且該分子的原子數(shù)之比是多少；若是由離子或原子構(gòu)成的物質(zhì)則表示微粒（離子或原子）數(shù)比是多少。這些都是學生認識我并入門學化學的最起碼要求，也正是學生必需具有的學科素養(yǎng)之一：宏觀視野、微觀分析和符號表征能力。［1］到了高中階段，有了物質(zhì)的量這一物理量，我的身價倍增，內(nèi)涵更深刻，定量功能更豐富，化學學習中宏觀與微觀的結(jié)合與轉(zhuǎn)化，我最靠譜，請多關(guān)注我的價值。

一、我是變形金剛，行家看我顯神通

案例1已知固體PbO2能氧化濃鹽酸并生成Cl2，加熱分解生成+2價和+4價鉛的混合氧化物。現(xiàn)加熱一定量PbO2得到a mol氧氣，再將剩余固體投入到足量濃鹽酸中得到b mol氯氣，若a:b＝3:2，則剩余固體中各組成物質(zhì)的量比是（ ）［2］（雙選）

化學式拆分變形解題：題設剩余固體的組成是+2價PbO與未分解的+4價PbO2混合。根據(jù)Pb原子與O原子守恒思想，Pb3O4挺身而出：我是變形金剛，可變形為2PbO·PbO2。據(jù)此，減少了各選項分析Pb3O4的麻煩。O2和 Cl2的物質(zhì)的量之比為 3:2，設 O2為3 mol，Cl2為 2 mol，由 PbO2→PbO＋1/2O2知：生成 3 mol O2時，同時生成6 mol PbO；由電子守恒知：生成2 mol Cl2時，剩余固體中就含有2 mol PbO2，故剩余固體中n(PbO):n(PbO2)＝6:2＝3:1。通過對各選項化學式拆分變形求得：選項A、D正確。

常規(guī)解題：設原 PbO2為 1 mol，緊扣 O2和 Cl2的物質(zhì)的量之比為3:2，再設O2為3a mol，Cl2為2a mol，由電子守恒知：3a×4＋2a×2＝1×2，a＝0.125，n(O2)＝0.375 mol；由原子守恒知：原PbO2為1 mol，剩余固體中n(Pb):n(O)＝1:(2-2×0.375)＝4:5。由各選項化學式及物質(zhì)的量比知：滿足要求的選項為A、D。

創(chuàng)新解題：題設為雙選題，四選項均為Pb的混合氧化物，根據(jù)各化學式知Pb與O原子數(shù)比依次為：4:5、7:10、14:19、4:5，相同比值的A、D選項即為正確答案。

自我評價：常規(guī)解題繞彎、抽象且計算復雜，部分學生不易理解。化學式變形解題神通廣大：思路清晰且順理；直觀易懂不抽象；算法簡單不易錯。創(chuàng)新解題則抓住命制雙選題有兩個答案且要一致的特點，結(jié)合化學式直入微觀世界口算Pb與O原子數(shù)比相同的選項快準突破。不論哪一種解題方法，都離不開化學式中的定量關(guān)系，全面挖掘，快捷解題。

案例2往物質(zhì)的量濃度相等的KCl溶液、ZnCl2溶液、AlCl3溶液中分別滴加相同濃度的AgNO3溶液，當Cl－恰好沉淀完全時，消耗AgNO3溶液的體積比為3:2:1，則 KCl溶液、ZnCl2溶液、AlCl3溶液的體積比是____。

化學式定量變形解題：AgNO3溶液分別與KCl、ZnCl2、AlCl3溶液反應均生成 AgCl，由 n(Ag＋)＝n(Cl－)知：KCl、ZnCl2、AlCl3溶液中n(Cl－)比為3:2:1時，三種氯化物的化學式只需變形為 3KCl、ZnCl2、1/3AlCl3，即3:1:1/3＝9:3:1，這就是三種溶液的體積比。

自我評價：扣準離子反應的本質(zhì)，深入化學式的微觀世界，解題思路一目了然。

二、我是多面手，聰明能干有杰作

案例3往一定量水中投入W1g鈉和鋁的混合物，充分反應，金屬完全溶解，得到澄清透明溶液并收集到V1L標準狀況下的氣體。再往所得溶液滴加a mol·L－1的鹽酸，滴加過程中，先產(chǎn)生白色沉淀然后沉淀又溶解，當沉淀恰好消失時所加鹽酸體積為V2L，再將溶液在HCl氣氛中小心蒸干得固體W2g。下列所列關(guān)系式中正確的是（ ）［3］

眾多化學式解題：依題意知m(Na、Al)＝W1g，m(NaCl、AlCl3)＝W2g，由金屬與金屬氯化物的化學式知:m(Cl)＝(W2－W1)g＝aV2×35.5 g，選項A錯。Na、Al與水充分反應得到的澄清溶液可能是NaAlO2溶液，也可能是NaAlO與NaOH混合溶液，若澄清溶液是NaAlO2溶液時，其化學式暗示Na與Al微粒數(shù)之比為1:1推知，n(Na)＝n(Al)，n(Na)×23 g·mol-1＋n(Al)×27 g·mol-1＝W1g，得n(Al)＝W1/50 mol，但也可能是 NaAlO2與NaOH混合溶液，故n(Al)≤W1/50 mol，選項B錯。由電子守恒知：n(Na)×1＋n(Al)×3＝(V1/22.4)×2，選項C正確。根據(jù) NaCl、AlCl3、HCl三個化學式知 Cl-守恒：aV2＝n(Na)×1＋n(Al)×3＝(V1/22.4)×2，選項D錯。正確答案為C。

自我評價：關(guān)注宏微轉(zhuǎn)化，弄清微粒間互相反應的來龍去脈，題設的眾多化學式傾巢而出，定量關(guān)系巧妙轉(zhuǎn)換，簡化復雜問題，化解難題，巧得各量。

案例4．將Cu2S投入到一定濃度的HNO3溶液，反應生成 CuSO4、Cu(NO3)2、NO、NO2和 H2O。若n(NO):n(NO2)＝3:1時，求參加反應的Cu2S與HNO3的物質(zhì)的量比為_________。

始態(tài)化學式解題：將始態(tài)化學式Cu2S設為1 mol，推知CuSO4與Cu(NO3)2的物質(zhì)的量比為1:1，且分別為1 mol，參與反應并體現(xiàn)酸性的硝酸為2 mol；由n(NO):n(NO2)＝3:1，可將兩種氮氧化物合并為N4O5，則還原產(chǎn)物中氮元素化合價為＋2.5價，再根據(jù)始態(tài)化學式HNO3與電子守恒可求出參與反應且體現(xiàn)氧化性的硝酸的物質(zhì)的量，n(Cu2S)× (1×2＋8)＝n(HNO3)× (5-2.5)，n(HNO3)＝4 mol，n(Cu2S):n(HNO3)＝1:(2＋4)＝1:6。

常規(guī)解題：寫出并配平該反應的化學方程式，根據(jù)方程式中Cu2S與HNO3相應的化學計量數(shù)之比求解，配平難度較大（略）。

自我評價：化學式中的定量關(guān)系要比化學方程式中的定量關(guān)系容易獲得，利用化學式計算可以擺脫化學方程式的束縛，這就是化學式的優(yōu)越性。解題過程要善于發(fā)現(xiàn)各化學式中各微粒間的定量關(guān)系，熟練使用工具，全面開發(fā)有用關(guān)系，促成定量計算水到渠成。

三、我是孿生兄弟，模樣一致正好用

案例5NA表示阿伏加德羅常數(shù)，b g的C3H6和C4H8混合物中，下列說法正確的是（ ）

A．共用電子對總數(shù)為(b/7＋1)NA

B．碳氫鍵總數(shù)為bNA/7

C．燃燒時消耗氧氣體積為33.6b/14 L

D．原子總數(shù)為bNA/14

最簡式解題：C3H6、C4H8及CnH2n均看成由最簡結(jié)構(gòu)單元“－CH2－”組成的化合物。讀“－CH2－”知：每個結(jié)構(gòu)單元中，3對共用電子對，3個原子，2個碳氫鍵，則b g混合物中共用電子對數(shù)與原子總數(shù)均為(b/14)×3×NA＝3bNA/14，選項A、D錯；碳氫鍵數(shù)目(b/14)×2×NA＝bNA/7，選項B對。氧氣未給標準狀態(tài)，無法計算，選項C錯。正確答案為B。

常規(guī)解題：C3H6和C4H8的微觀構(gòu)成分別為：1個C3H6分子中含9個原子、9對共用電子對、6個碳氫鍵，1個C4H8分子中含12個原子、12對共用電子對、8個碳氫鍵。設C3H6為x g，C4H8為(b-x)g，則含有共用電子對數(shù)目或含原子總數(shù)均為：{(x/42)×9＋［(b-x)/56］×12}×NA＝3bNA/14，選項A、D錯；碳氫鍵總數(shù)為：{(x/42)×6＋［(b-x)/56］×8}×NA＝bNA/7，正確答案為B。

自我評價：一定質(zhì)量、最簡式相同的多種不同物質(zhì)混合計算微粒數(shù)時，最簡式有其用武之地——巧妙溝通不同宏觀物質(zhì)與相同微觀粒子間的關(guān)系，宏微結(jié)合，簡約計算。