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江苏东海县石榴初级中学任雪永思维是认识和解决问题的核心环节。在化学学习中,思维的训练和培养是放在首要位置的。良好的思维方式是学生应具备的基本素养。极限概念产生于某些实际问题的精确解答,我国古代数学家刘微用圆内接正多边形求圆面积的方法即割圆术,就是极端思维在几何上的运用。极端思维是把研究的对象或过程,通过假设将明明不可能或有可能而又不明朗的问题作为理想的极端状态,使因果关系变得明显,再回头解决现实问题,从而使问题得到速解。
利用极端思维解题的一般思路是:(1)根据题目给定的条件和化学反应原理,确定不定条件的范围;(2)计算各个条件范围内的极大值、极小值;(3)综合、联系、确定合适的条件和答案。
例1一定量的木炭在盛有氮气与氧气混合气体的密闭容器中充分燃烧后,生成CO和CO2,且测得反应后混合气体中碳元素的质量分数为24%,则其中氮气的质量分数可能为()。
A。 10%B。 30%C。 50%D。 70%
解析:木炭燃烧生成CO和CO2,为使计算简化,我们可以分别假设木炭燃烧全部生成一氧化碳和全部生成二氧化碳两种极端情况进行分析。
①假设木炭燃烧全部生成一氧化碳。此时得到的混合气体中只有一氧化碳和氮气。
设一氧化碳在混合气体中的质量分数为x。
2C O2点燃2CO
2456
24%x
x=56%
所以混合气体中氮气的质量分数为44%。
②假设木炭燃烧全部生成二氧化碳。此时得到的混合气体中只有二氧化碳和氮气。
设二氧化碳在混合气体中的质量分数为y。
C O2点燃CO2
1244
24%y
y=88%
所以混合气体中氮气的质量分数为12%。
但由于木炭燃烧时生成CO和CO2,则氮气的质量分数应介于12%~44%之间。答案为B。
例25。6g不纯铁在足量稀硫酸中产生气0。21g氢,则铁中混入的物质可能是()。
A.ZnB.CuC.AlD.C
解析:碳、铜均不与酸反应生成H2。
(1)假设5。6g中“混入物质”质量趋近于0,则铁的质量趋近于5。6g。此时,
设铁的质量为5。6g,则生成的H2的质量为x.
由Fe H2SO4=FeSO4 H2↑易解得x=0。2g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。2 g。
(2)假设铁的质量趋近于0,则混合物中铝或锌的质量趋近于5。6 g。
①假设铝的质量为5。6g,则设生成的氢气的质量为y.
由2Al 3H2SO4=Al2(SO4)3 3H2↑易解得y=0。62g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。62g。
②假设锌的质量为5。6g,则设生成氢气的质量为z.
由Zn H2SO4=ZnSO4 H2↑易解得z=0。17g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。17g。
由于单独5。6g铁或锌在足量稀硫酸中均不可能产生超过0。2g的氢气,而单独5。6g铝在足量稀硫酸中能产生超过0。21g的氢气。而单独5。6g铜或碳在足量稀硫酸中均产生0g的氢气。显而易见,5。6g不纯铁中混入的物质若为铜或锌或碳,在足量稀硫酸中反应产生氢气的质量均只能无限趋近于0。2g而不可能达到0。21g。而5。6g不纯铁中混入物质若为铝,在足量稀硫酸中反应产生氢气的质量既可无限趋近于0。2g,也可无限趋近于0。62g。显然,这种情况下,要生成0。21g氢气才有可能性。答案为C。
例3已知在高炉中有下列反应:Fe2O3 CO=2FeO CO2↑,反应形成的固体混合物(Fe2O3,FeO)中元素铁和氧的质量比用mFe∶mO表示,则上述固体混合物中mFe∶mO的值,可能是()。
A.21∶9B.21∶75C.21∶6
解析:若反应形成的Fe2O3、FeO的固体混合物中FeO质量趋近于零时,混合物中mFe∶mO趋近于21∶9。若混合物中Fe2O3的质量趋近于零,则混合物中mFe∶mO趋近于21∶6。由极限思想可知,两者混合物中的mFe∶mO的值一定介于此两比值之间.答案为B。
总之,极端思维在化学解题中应用具有普遍性和实用性。尤其对于多个变量的化学问题的分析、解答,使用极限思想,会有“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。教师应有意识让学生掌握和运用极限思想,有助于培养学生的发散思维、收敛思维和逻辑思维能力。
利用极端思维解题的一般思路是:(1)根据题目给定的条件和化学反应原理,确定不定条件的范围;(2)计算各个条件范围内的极大值、极小值;(3)综合、联系、确定合适的条件和答案。
例1一定量的木炭在盛有氮气与氧气混合气体的密闭容器中充分燃烧后,生成CO和CO2,且测得反应后混合气体中碳元素的质量分数为24%,则其中氮气的质量分数可能为()。
A。 10%B。 30%C。 50%D。 70%
解析:木炭燃烧生成CO和CO2,为使计算简化,我们可以分别假设木炭燃烧全部生成一氧化碳和全部生成二氧化碳两种极端情况进行分析。
①假设木炭燃烧全部生成一氧化碳。此时得到的混合气体中只有一氧化碳和氮气。
设一氧化碳在混合气体中的质量分数为x。
2C O2点燃2CO
2456
24%x
x=56%
所以混合气体中氮气的质量分数为44%。
②假设木炭燃烧全部生成二氧化碳。此时得到的混合气体中只有二氧化碳和氮气。
设二氧化碳在混合气体中的质量分数为y。
C O2点燃CO2
1244
24%y
y=88%
所以混合气体中氮气的质量分数为12%。
但由于木炭燃烧时生成CO和CO2,则氮气的质量分数应介于12%~44%之间。答案为B。
例25。6g不纯铁在足量稀硫酸中产生气0。21g氢,则铁中混入的物质可能是()。
A.ZnB.CuC.AlD.C
解析:碳、铜均不与酸反应生成H2。
(1)假设5。6g中“混入物质”质量趋近于0,则铁的质量趋近于5。6g。此时,
设铁的质量为5。6g,则生成的H2的质量为x.
由Fe H2SO4=FeSO4 H2↑易解得x=0。2g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。2 g。
(2)假设铁的质量趋近于0,则混合物中铝或锌的质量趋近于5。6 g。
①假设铝的质量为5。6g,则设生成的氢气的质量为y.
由2Al 3H2SO4=Al2(SO4)3 3H2↑易解得y=0。62g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。62g。
②假设锌的质量为5。6g,则设生成氢气的质量为z.
由Zn H2SO4=ZnSO4 H2↑易解得z=0。17g.在这种情况下,生成氢气的质量将趋近于0。17g。
由于单独5。6g铁或锌在足量稀硫酸中均不可能产生超过0。2g的氢气,而单独5。6g铝在足量稀硫酸中能产生超过0。21g的氢气。而单独5。6g铜或碳在足量稀硫酸中均产生0g的氢气。显而易见,5。6g不纯铁中混入的物质若为铜或锌或碳,在足量稀硫酸中反应产生氢气的质量均只能无限趋近于0。2g而不可能达到0。21g。而5。6g不纯铁中混入物质若为铝,在足量稀硫酸中反应产生氢气的质量既可无限趋近于0。2g,也可无限趋近于0。62g。显然,这种情况下,要生成0。21g氢气才有可能性。答案为C。
例3已知在高炉中有下列反应:Fe2O3 CO=2FeO CO2↑,反应形成的固体混合物(Fe2O3,FeO)中元素铁和氧的质量比用mFe∶mO表示,则上述固体混合物中mFe∶mO的值,可能是()。
A.21∶9B.21∶75C.21∶6
解析:若反应形成的Fe2O3、FeO的固体混合物中FeO质量趋近于零时,混合物中mFe∶mO趋近于21∶9。若混合物中Fe2O3的质量趋近于零,则混合物中mFe∶mO趋近于21∶6。由极限思想可知,两者混合物中的mFe∶mO的值一定介于此两比值之间.答案为B。
总之,极端思维在化学解题中应用具有普遍性和实用性。尤其对于多个变量的化学问题的分析、解答,使用极限思想,会有“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。教师应有意识让学生掌握和运用极限思想,有助于培养学生的发散思维、收敛思维和逻辑思维能力。