“三步法”思想解决高中化学疑难问题

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  一、“三步法”配平氧化还原型离子方程式
  书写氧化还原型离子方程式或电极反应式时,先依据题意确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物,然后按照一定步骤进行配平。
  步骤:① 配电子:根据得失电子守恒配平参与反应的微粒;② 配离子:根据电荷守恒配平可能参与反应的其他离子;③ 陪原子:根据原子守恒写出并配平其它微粒。
  例1稀硫酸酸化的H2O2与KMnO4反应的离子方程式为:
  2MnO-4+5H2O2+6H+2Mn2++8H2O+5O2↑
  若不用稀硫酸酸化,MnO-4被还原成MnO2,其离子方程式为。
  解析本题考查陌生条件下氧化还原型离子方程式的书写,先确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物:MnO-4 + H2O2 → MnO2 + O2↑,然后按照三步法进行配平:
  ① 配电子:2MnO-4+3H2O22MnO2+3O2↑
  ② 配离子:2MnO-4+3H2O2
  2MnO2+3O2 ↑+2OH-
  ③ 陪原子:2MnO-4+3H2O2
  2MnO2+3O2 ↑+2OH-+2H2O
  例2(2012年新课程全国,26题节选)与MnO2—Zn电池类似,K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为。
  解析首先确定此电池正极反应的微粒及其产物:FeO2-4→Fe(OH)3,然后按照三步法进行配平:
  ① 配电子:FeO2-4+3e-Fe(OH)3
  ② 配离子:FeO2-4+3e-Fe(OH)3+5OH-
  ③ 陪原子:FeO2-4+3e-+4H2O
  Fe(OH)3+5OH-
  二、“三步法”书写热化学方程式
  步骤:①根据题意写出待求的热化学方程式的反应物与生成物并配平;②用已知热化学方程式求出目标热化学方程式并计算出焓变;③检查各物质有无遗漏聚集状态、焓变符号以及单位等。
  例3(2012年海南,13题节选)(3)肼可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。已知:
  (1)N2(g)+2O2(g)N2O4(l)
  ΔH1=-19.5 kJ·mol-1
  (2)N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH2=-534.2 kJ·mol-1
  写出肼和N2O4反应的热化学方程式。
  解析本题考查运用盖斯定律书写热化学方程式,利用三步法思想可以避免书写过程的失误。
  ① 依据题意写出待求的化学方程式:
  2N2H4+N2O43N2+4H2O
  ② 加减已知方程式:求算目标热化学方程式反应热:
  (2)×2-(1)得:2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)
  ΔH=ΔH2×2-ΔH1=-534.2 kJ·mol-1×2-(-19.5 kJ·mol-1)=-1048.9 kJ·mol-1;
  ③ 查规范:2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g);ΔH=-1048.9 kJ· mol-1。
  三、“三步法”解决化学计算题
  1.化学平衡型计算题
  有关化学平衡计算包括求算反应速率、各物质的量或浓度或含量、平衡转化率、化学平衡常数等,解答此类问题学生常常思路和程序混乱,没有按一定的思维方式和程序列式求解,常顾此失彼,错误甚多。因此,必须建立解题模式,规范程序,一目了然。
  步骤:① 写方程:写出有关化学平衡的方程式;② 列三量:在平衡反应的方程式下方列出反应物、生成物的起始浓度、转化浓度、平衡浓度,或列出起始、转化、平衡时各物质的物质的量亦可;③ 求未知:根据已知条件建立方程式而求解未知各量。
  例4(2012年海南,15题节选)已知A(g)+B(g)C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:
  温度/℃70080083010001200 平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题:
  (2)830 ℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol A和0.80 mol B,如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)=0.003 mol·L-1·s-1,则6 s时c(A)= mol·L-1,C的物质的量为 mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为,如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气,平衡时A的转化率为。
  解析v(A)=0.003mol·L-1·s-1,则6 s后A减少的浓度c(A)=v(A)t=0.018 mol·L-1,故剩余的A的浓度为0.2 mol/5 L-0.018 mol·L-1=0.022 mol·L-1;A减少的物质的量为0.018 mol·L-1×5 L=0.09 mol,根据化学方程式可知C的物质的量也为0.09 mol。然后依据三步法计算A的转化率。
  ① 写方程:设830℃达平衡时,转化的A的浓度为x,则:
  A(g)+B(g)C(g)+D(g)
  ② 列三量:
  起始浓度(mol·L-1)0.040.1600
  转化浓度(mol·L-1)xxxx
  平衡浓度(mol·L-1)0.04-x 0.16-xxx
  ③求未知:K=x2(0.04-x)(0.16-x)
  x=0.032 mol/L;故A的转化率α(A)=0.032 mol·L-1/0.04 mol·L-1×100%=80%
  由于容器的体积是固定的,通入氩气后各组分的浓度不变,反应速率不改变,平衡不移动,故平衡时A的转化率仍为80%。
  2.实验数据处理与分析型计算题
  从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理的一个重要的能力,利用三步法思想解决此类计算题是行之有效的。
  步骤:① 写方程:写出实验原理,即化学反应方程式;② 列关系式:从方程式中找出未知物和已知物之间的关系式(可以是直接的,也可以是间接的);③ 求未知:代入实验数据,得出实验结果。
  例5(2012年浙江,26题节选)已知:
  I2+2S2O2-3S4O2-6+2I-
  (3)某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2·2H2O晶体(不含能与I―发生反应的氧化性杂质)的纯度,过程如下:取0.36 g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,生成白色沉淀。用0.1000 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定,到达滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液20.00 mL。则该试样中CuCl2·2H2O的质量分数为。
  解析根据题中信息可以书写有关反应化学方程式,然后依据三步法进行实验数据处理与分析。
  ① 写方程:2Cu2++4I-2CuI↓+I2,
  I2+2S2O2-3S4O2-6+2I-
  ② 列关系式:CuCl2·2H2O~I2/2~Na2S2O3
  ③ 数据处理:CuCl2·2H2O的质量分数:w=(0.1000mol·L-1×0.02000 L×171 g/mol)/ 0.36 g=95%
  (收稿日期:2014-03-15)
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