例析假設(shè)法在化學(xué)解題中的應(yīng)用

陳 艷

(天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)濱海學(xué)校 300450)

假設(shè)法是科學(xué)研究過(guò)程當(dāng)中的一種常用思維方法，也是高中化學(xué)解題中比較常用的方法之一.假設(shè)法即通過(guò)變換思維角度，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的假設(shè)或轉(zhuǎn)化，使得問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)、化難為易，從而找出解題突破口和途徑，因此，假設(shè)法的應(yīng)用能夠顯著提高學(xué)生的解題能力，同時(shí)，通過(guò)假設(shè)推理能力的培養(yǎng)能夠行之有效地引導(dǎo)學(xué)生思維的發(fā)展，從而提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).筆者根據(jù)高中化學(xué)教學(xué)實(shí)際并結(jié)合以下實(shí)例對(duì)假設(shè)法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用進(jìn)行分析.

1 假設(shè)法在化學(xué)平衡中的應(yīng)用分析

在解決化學(xué)平衡問(wèn)題時(shí)，當(dāng)遇到條件改變后，直接比較新舊平衡中某量的關(guān)系非常困難時(shí)，可以考慮假設(shè)一個(gè)與舊平衡等效的第三個(gè)平衡，然后使其通過(guò)改變條件變?yōu)樾缕胶猓瑥亩贸稣_答案.

例1一定溫度下，在一個(gè)容積固定的密閉容器中充入1 molA，發(fā)生反應(yīng)：

反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)A的物質(zhì)的量濃度為mmol/L.保持溫度和體積不變，再向容器中充入1 molA，達(dá)到新平衡時(shí)A的物質(zhì)的量濃度為nmol/L，則m和n的關(guān)系正確的是( ).

A．n>2mB．n=2mC．n<2mD．無(wú)法比較

解析若比較兩個(gè)化學(xué)平衡中A的物質(zhì)的量濃度，可以假設(shè)一個(gè)與舊平衡等效的第三個(gè)平衡，如圖1所示.

圖1

舊平衡與第三個(gè)平衡為“等效平衡”，各組分的百分含量、濃度、壓強(qiáng)相同，但物質(zhì)的量、氣體體積成倍變化，第三個(gè)平衡與新平衡物質(zhì)的起始量相同，因此新平衡可以看作在第三個(gè)平衡基礎(chǔ)上使氣體體積縮小到原來(lái)的1/2(即增大壓強(qiáng))，假設(shè)平衡不移動(dòng)，則c(A)=2mmol/L，而事實(shí)上平衡逆向移動(dòng)，則n>2m， 本題選A.

2 假設(shè)法在離子反應(yīng)中的應(yīng)用分析

在離子反應(yīng)問(wèn)題中，當(dāng)一種物質(zhì)或離子遇到多種物質(zhì)或離子均能發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)過(guò)程比較復(fù)雜，無(wú)法直接判斷，可假設(shè)這種物質(zhì)或離子與其中一種物質(zhì)或離子先反應(yīng)，看生成物能否與其他物質(zhì)或離子繼續(xù)反應(yīng)(或共存)，若能，則假設(shè)不成立，說(shuō)明應(yīng)與其他物質(zhì)或離子先反應(yīng).解題模型如圖2所示.

圖2

例2按要求書寫下列反應(yīng)的離子方程式.

(1)溶液中NH4HCO3與NaOH等物質(zhì)的量反應(yīng)：____.

解析正確解答本題的關(guān)鍵是確定離子反應(yīng)的順序.

例3將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系(如圖3所示)正確的是( ).

圖3

解析CO2與KOH和Ca(OH)2都會(huì)反應(yīng)，但存在著競(jìng)爭(zhēng)，可以假設(shè)CO2如果先與KOH反應(yīng)，則反應(yīng)后生成的K2CO3立即會(huì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應(yīng)，所以通CO2后立即有CaCO3生成.第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應(yīng)還是先與生成的CaCO3反應(yīng)，同樣可以采用假設(shè)法判斷，即如果先與CaCO3反應(yīng)，則生成的Ca(HCO3)2又會(huì)與KOH反應(yīng)，因此是先與KOH反應(yīng)，此過(guò)程生成沉淀的物質(zhì)的量不變，當(dāng)KOH反應(yīng)完全，再與CaCO3反應(yīng)，直至沉淀完全溶解，故選D.

3 假設(shè)法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用分析

對(duì)于混合物相關(guān)的計(jì)算，因多種物質(zhì)參加反應(yīng)，過(guò)程復(fù)雜或條件不足，若用常規(guī)解法會(huì)顯得繁瑣甚至得不到答案，此時(shí)可以將題設(shè)條件假設(shè)為一個(gè)或幾個(gè)理想極端，站在極端的角度分析、考慮問(wèn)題，然后再依據(jù)有關(guān)化學(xué)知識(shí)或題目信息迅速做出正確的判斷.

例4某種金屬混合物樣品由Mg、Al、Fe、Zn 4種金屬中的兩種組成，取5.6 g樣品與足量稀硫酸反應(yīng)，得到0.2 g氫氣，則此混合物樣品中一定不含的金屬是( ).

A．Mg B．Al C．Fe D．Zn

解析假設(shè)樣品為純凈物(四種金屬中的任意一種)，根據(jù)化學(xué)方程式可計(jì)算出生成0.2 g氫氣分別所需金屬的質(zhì)量：Mg為2.4 g，Al為1.8 g，F(xiàn)e為5.6 g，Zn為6.5 g.而題目中5.6 g金屬混合物樣品是由四種金屬中的兩種組成，由于5.6 g Fe與足量稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣為0.2 g，則此金屬混合物樣品一定不含的金屬是Fe，而可能由Mg、Al中的一種和Zn組成，故本題選C.

4 假設(shè)法在電解質(zhì)溶液?jiǎn)栴}中的應(yīng)用分析

電解質(zhì)溶液知識(shí)涉及到對(duì)微觀世界的探析，內(nèi)容抽象難懂，而且溶液稀釋與混合、鹽類的水解、弱電解質(zhì)的電離、溶解平衡等知識(shí)的理解需要綜合考慮個(gè)體與個(gè)體、個(gè)體與整體的相互影響，對(duì)于這部分知識(shí)教師反映難教、學(xué)生反映難學(xué).在具體教學(xué)實(shí)踐中，如果優(yōu)化教法便可以化難為易，例如有一些問(wèn)題，運(yùn)用假設(shè)法便可以迎刃而解.

圖4

解析A點(diǎn)溶液中pH=1.85，則溶液中c(H+)=10-1.85mol/L，H2A一級(jí)電離平衡常數(shù)為Ka1=c(H+)·c(HA-)/c(H2A) =10-1.85mol/L，所以c(H+)=Ka1，表明平衡時(shí)溶液中c(NaHA)=c(H2A)，假設(shè)V0=10 mL，則溶液中反應(yīng)起始時(shí)存在c(NaHA)=c(H2A)，而平衡時(shí)c(NaHA)>c(H2A)，因此當(dāng)所加NaOH溶液體積小于10 mL，平衡時(shí)c(NaHA)=c(H2A)，即V0<10 mL.

例6將20 mL 0.1 mol/L氯化銨溶液與10 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液混合，則溶液中離子濃度由大到小的順序是____.

假設(shè)法除了在上述幾類問(wèn)題當(dāng)中的應(yīng)用外，在高中化學(xué)實(shí)際解題過(guò)程中還有很多假設(shè)法的應(yīng)用案例，在此不一一例舉.