浅谈有关初中化学方程式的计算题

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   【摘 要】通过对中考化学试题的研究,结合初中教学大纲中的化学计算题的教学目标,通过教材安排和理论依据,题型设置和对应教法等方面,结合具体题型提出了一些见解。
   【关键词】初中教学 化学 化学方程式 计算题
  定量研究也叫量化研究,是科学研究的重要方法之一,是指确定事物某方面量的规定性的科学研究,就是将问题与现象用数量来表示进而去分析、考验、解释从而获得意义的研究方法和过程。化学作为一门自然学科,在注重实验的同时,有关化学量的研究也是一个不可或缺的重要环节。作为启蒙阶段的初三化学,新版初中化学教学大纲明确指出“能正确书写化学方程式,并能进行简单的计算”,“认识定量研究对化学科学发展的重大作用 ”。贯彻这一目标,各地中考主要是以最后一大题计算题的形式对学生的定量研究能力作出考查。本文试图从根据化学方程式的有关计算的教材安排和理论依据,题型设置和对应教法两方面总结一些个人的心得。
  一、教材安排和理论依据
  1.第五单元。
  此处结合本单元前面两节的知识,首次提出有关化学方程式的计算,要求是化学反应中参加或生成的物质之间的互求。该处要求不高,我们的主要教学内容是让学生能掌握化学方程式计算的基本格式和方法,并能理解这种格式的原因,打好基础,对技巧性要求不高,不宜加深加难,要遵循认知规律。
  质量守恒定律是该类计算的基本依据,质量守恒定律的表述如下:“在化学反应中,参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。”该处的“参加反应”和“反应后生成”两个要点至关重要,它决定了我们的计算研究的对象只能是该反应中消耗的物质和该反应中新生成的物质,而加入的反应物与消耗的反应物、得到的生成物与新产生的生成物在定量研究上是不同的概念。
  化学方程式的意义是该类计算的直接依据,以电解水反应“2H2O■2H2↑+O2↑”为例,它表示的量的意义有:①在通电条件下,每两个水分子可以反应生成两个氢气分子和一个氧气分子;②在通电条件下,每36份质量的水可以反应生成4份质量的氢气和32份质量的氧气。第②条意义的理解其实要用到相对原子(分子)质量概念里面的推论:相对原子(分子)质量之比等于真实质量之比,还可以表述成:在电解水反应中,参加反应的水与反应生成的氢气和氧气的质量之比为36:4:32。只有这里的理解到位了,才能理解化学方程式的计算。
   接下来在对学生要求计算格式的时候应使之弄清这样的格式的数学意义,
   例1.电解消耗18克能生成的氢气的质量是多少?
   解:设生成的氢气的质量为X........................X已经代表了质量的数字和单位不能再加“克”
  2H2+O22■H2O
  2×2 2×18.......................相对分子质量之比
  X 18g.......................真实质量之比
   (2×2) : (2×18)= X : 18g...................相对原子(分子)质量之比等于真实质量之比
   X=2g
   答:能生成的氢气的质量是2克。
  2.第八单元。
  此处引入了新问题,有关混合物的计算。即已知或未知量不是参加反应或反应中生成的量,而是一个含该物质一定质量分数的混合物。相当于在基本计算的核心前后再加上一个质量分数的计算,重点其实是让学生掌握质量分数的计算并将上两种计算结合起来。有必要强调“质量分数”的前面的文字才是重中之重,即A中B的质量分数就是m(A)/m(B),这里理解了以后,不管是混合物中某物质的质量分数,某物质中某元素的质量分数,混合物中某元素的质量分数,或者是后面的溶液中溶质的质量分数,都容易理解了。
  3.第九单元有关溶液质量分数的计算。
  承上所述,溶液中溶质的质量分数的计算实质上就是混合物的计算,难度的提升点在于溶质和溶液的质量计算。
  在溶质的计算上,难点在于有些题目中所得溶液中的溶质其实有两个来源,其一是生成的该物质,其二是原来就有的该物质,学生往往容易忽视后者。
  在溶液的计算上,学生主观上习惯采用“溶液质量=溶质质量+溶剂质量”的思路,但是对于较复杂的溶液来说,极易犯错,所以我们应该培养学生采用整体思维法,“所得溶液质量=原溶液质量+进入溶液的物质的质量+从溶液中出来的物质(气体和沉淀)的质量”的方法,大多数问题都可迎刃而解。
  例2.将10.15克碳酸钠和氯化钠的混合物放入92.05克稀盐酸中,恰好完全反应后固体全部消失并产生2.2克气体,求所得的溶液中溶质的质量分数。
  分析:该题中发生的反应其实就是碳酸钠与盐酸的反应,3个数据中只有2.2克气体即二氧化碳是直接与反应相关的,另两个数据是混合物。易错点在于,所得溶液中的溶质氯化钠有两个来源学生较难全部发现。
  解:设反应消耗的碳酸钠,生成的氯化钠质量分别为X,Y
  Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↑+ H2O
  106 117 44
   X Y 2.2g
  106:44=X:2.2g
  X=5.3g
  117:44=Y:2.2g
  Y=5.85g
   原有氯化钠质量:10.15g-5.3g=5.85g
   溶液中氯化钠质量:5.85g+5.85g=11.7g
   溶液中氯化钠质量分数:11.7g/(10.15g+92.05g-2.2g) ×100%=11.7%
   答:所得的溶液中溶质的质量分数为11.7%。
   该题作为初中化学方程式综合计算的经典例题,广为各地中考试题采用和模仿,如果仅从应试而言,熟练掌握该种题型,则学生在方法上已不成问题,剩下的只是技巧。
   上述三个环节,层层加深加难,符合认知规律,表现了教材编写者的苦心,如果学生能力不是很强的话,最好不要一步到位,否则既达不到预期效果,还打击了学生的自信心。
  二、题型设置和对应教法
  罗列初中化学计算题变种题的解法有差量法、讨论法、守恒法、极值法、平均值法等,这些方法的具体内容各位初中化学教师都是耳熟能详,本文不再赘述。不过学生往往被多种方法名称迷惑,听了课做了练习但是苦于不知道在什么情况能使用。我们的教学不是为了方法而讲授方法,在需要的前提下合适的使用方法才是我们的目的。那么有没有一套有效的审题思路能自然的让学生掌握呢?有!
  1.审题第一步,找到反应中涉及的反应,并写出化学方程式。
  2.审题第二步,逐条查找题目中的数据,找到一个是反应中消耗的物质的质量或者是新生成的物质的质量作为已知条件。简单题目通常直接告知,而较复杂题目往往有多个数据,比如本文的例2,10.05克是碳酸钠和氯化钠的混合物,92.05克是盐酸的溶液质量也是混合物,都是不能代入方程式计算的。
  倘若题目中所有数据都不是消耗的物质的质量或者是新生成的物质的质量,那么就有可能是差量法计算或过量判断法计算。
  例3.将10克铁钉放入一定量的硫酸铜溶液中,一段时间后取出,洗涤烘干后取出称量,固体质量为10.8克,求所得固体中铜的质量。
  分析:该题中10克铁钉为混合物,那么10.8克固体也应该是混合物,“一段时间后”表示原来的铁不能确定是否消耗完,所以只能用其固体质量的变化量即差量法来计算。
  例4.将10克铁粉放入100克质量分数为16%的硫酸铜溶液中,充分反应后,求所得固体中铜的质量。
  分析:该题中10克铁粉为纯净物,硫酸铜溶液虽为混合物但可计算出溶质硫酸铜质量为16克,不过题目中说充分反应而非恰好完全反应,那么两个数据中不能确定谁才是真正消耗完的反应物,这个时候只能用过量判断法,尝试计算找出谁是真正消耗的物质的质量并代入计算。
  3.审题第三步,从问题入手,逆推法原则找到未知量从上一步求出的已知量的关系,确定计算步骤。
  简单题目通常问题就是可以从反应中可以直接计算出的消耗的物质的质量或者是新生成的物质的质量,较难题可能联系质量分数甚至是讨论结果。质量分数的计算上文已经谈过,这里谈一下讨论法。
  例5.20克氢气和氧气的混合物,引爆充分反应后,得到18克水,求原来氢气和氧气的质量。
  分析:该题的已知量明显是反应生成的18克水,但总共20克反应物确只得到18克生成物,那么势必有物质过量。但题目中只说到充分反应,无法从题目看出氢气过量还是氧气过量,那么当然就只能在最后结果分这两种情况进行讨论了。
  其他诸如图表法、曲线法,不过也是在告知已知条件时,稍加变化而已。
  极值法与平均值法是选择题题型,不在本文中讨论。
  综上,初中化学中的根据化学方程式计算题,根本是理解计算中的依据质量守恒定律和化学方程式的意义,基础是掌握计算的基本方法和格式,难点是审题中如何找出合适的已知量,落脚点是如何找到未知量和已知条件的关系。前两项实质上是知识的问题,后两项则是信息的处理能力问题。
  笔者认为,我们在教学的时候应该抓住该类题目的主线,帮助学生建立起对定量分析的初步知识系统,以不变应万变,打下坚实的基础;而不是只机械地教若干种方法、技巧,让学生无所适从。
  (重庆南开中学;404100)
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