淺談運用化學學科思想方法解決問題

文章編號：1005－6629(2007)04－0069－03中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：A

1運用聯系思想解決問題

聯系思想主要體現為結構決定性質，性質反映結構；性質決定用途，性質影響制法，用途(制法)反映性質。結構決定性質，一是原子結構決定原子的性質，在初中化學中即元素的性質，特別是化學性質主要決定于元素原子的最外層電子數；二是物質結構決定物質的性質，如酸中有H＋、堿中有OH-，決定了酸、堿具有各自的通性；性質決定用途，用途反映性質，一種物質只有具有可燃性才可能用作燃料，同樣能做滅火劑的物質肯定不能燃燒；當然，性質不是唯一的決定因素，物質的用途還受到價格、資源、是否美觀、使用是否便利，以及廢料是否易于回收和對環境的影響等多種因素的影響。理解了這一思想，對化學現象不但知其然，而且知其所以然，并可以從本質上去學習、理解和解釋化學學科的知識內容。如解決例1問題：

例1. 如圖是金屬活動性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規模開發、利用的大致年限。選擇編號填空：

鋁的利用比銅和鐵晚得多，原因是________；目前鋁在多個領域替代易生銹的鋼鐵，其主要原因___。

（1）鋁的硬度小（2）鋁很活潑

（3）地殼中鋁的含量高

（4）鋁的表面易生成致密的保護膜

［分析］物質的利用很大程度上決定于它制取的難易程度，而制取的難易程度又主要取決于其化學活潑性，一般來說，性質越活潑越難制取。鋁在多個領域替代易生銹的鋼鐵，這肯定體現了其獨特的化學性質。答案：（2）、（4）。

2運用微觀思想解決問題

宏觀物質都是由微觀粒子（分子、原子和離子）構成的。宏觀物質的性質和發生的變化就是構成它們的粒子的性質及粒子所發生的變化，如CuSO4溶液的顏色是藍色，是因為Cu2＋在水溶液中是藍色的；100mL酒精和100mL水混合后的體積小于200mL，是因為構成它們的分子之間有間隔；酸的通性就是H＋的性質，堿的通性就是OH－的性質等等。用微觀思想看待和解決問題，就是抓住了問題的實質，在初中化學里主要用來解決物質除雜、共存、推斷、探究等問題，并用來解釋一些變化及其現象。如解決例2、3問題：

例2.下列離子在pH=13的水溶液中能大量共存的是（ ）

A．SO42-、Cl－、Na＋、H＋

B．K+、SO42－、Cu2＋、N03－

C．Cl－、K＋、SO42－、Na＋

D.Ca2＋、Cl－、CO32－、Na+

［分析］能反應即不能共存，酸、堿、鹽之間發生的反應，大多是在溶液中通過離子之間的交換而進行的，而能否實現就看離子交換以后是否結合成沉淀、氣體或水。pH=13，即此溶液中含有OH－，A中H＋與OH－能結合成H2O；B中Cu2＋與0H－能結合成Cu（OH）2沉淀；C中離子均不反應，D中Ca2＋與CO32－能結合成CaCO3沉淀。答案：C。

例3. 如何除去NaCl溶液中的CaCl2？

［分析］把原溶液中沒有的粒子作為雜質。NaCl溶液中沒有Ca2＋，因此雜質就是Ca2＋；除去Ca2＋，一般是把它轉化為沉淀，所以可加入可溶性碳酸鹽，同時又不能引入新的雜質。答案：加入適量的Na2CO3溶液，過濾所得濾液即為純凈的NaCl溶液。

3運用分類思想解決問題

世界上物質極其豐富，既有其個性，也有與其它物質相同（或相似）的地方；同樣，物質的變化也是多種多樣的。首先要學會或理解從不同角度對物質及其變化進行分類，然后在解決某些問題時把某種物質或變化歸到某一類中，用“類”的思想去解決問題，容易把握問題的實質，找到解決問題的方法及思路，從而有效而迅速地解決問題。根據化學學科研究的主要內容，對物質的分類一般依據其組成、結構、性質等方面；而對物質變化（主要研究化學變化）可以從反應類型、反應條件、反應物與生成物的狀態等方面去加以分類。在初中化學中，分類思想主要用來解決以下問題：物質的制取、檢驗、鑒別、轉化、推斷及氣體干燥劑的選擇。如解決例4問題：

例4. 下列物質間的轉化，能一步實現的是()

A．CO2→CaCO3B．C→H2CO3

C．ZnSO4→CuSO4D．Cu（OH）2→CuO

［分析］A中CO2屬于酸性氧化物，所以可與相應的堿—Ca（OH）2反應生成CaCO3。B中C屬于非金屬單質，不能一步生成含氧酸。C中要求鹽生成鹽，根據鹽的性質可知：鹽與金屬、鹽、酸或堿反應可生成鹽，而ZnSO4要生成CuSO4，與酸反應肯定不可能；其余對應的物質為Cu、可溶性銅鹽、 Cu（OH）2，因為Cu沒有Zn活潑，所以Cu也不可能；如果銅鹽可溶，生成的鋅鹽也可溶，不符合復分解反應的條件； Cu（OH）2不溶， 與ZnSO4不反應。D中Cu（OH）2屬于不溶性堿，受熱易分解成相應的金屬氧化物和水。答案：A、D。

4 運用對比思想解決問題

對比思想即從不同的角度比較事物的異同，然后找出各自的特征和彼此之間的聯系，為進一步的判斷、推理、歸納和遷移打下基礎。對不同的事物進行對比，是我們深刻認識事物特征和發現規律性聯系的必由之路。在學習基本概念、理論、元素化合物的性質及分析與設計實驗時，都需要運用對比思想。正確有效地運用對比思想，關鍵在于找出事物的異同，這種異同可以從組成、結構、性質、變化尋找，還可以從實驗的原理、藥品、裝置、步驟、現象、結論等方面尋找。如解決例5問題：

例5．【發現問題】研究性學習小組中的小張同學在學習中發現：通常檢驗CO2用飽和石灰水，吸收CO2 用濃NaOH溶液。

【實驗探究】在體積相同盛滿CO2的兩集氣瓶中，分別加入等體積的飽和石灰水和濃NaOH 溶液。實驗裝置和現象如圖所示。請你一起參與。

【現象結論】甲裝置中產生的實驗現象_____，解釋通常用石灰水而不用NaOH 溶液檢驗CO2的原因 ________；乙裝置中的實驗現象是_____，吸收CO2較多的裝置是_______。

【計算驗證】另一位同學小李通過計算發現，等質量的Ca(OH)2和NaOH吸收CO2的質量， Ca(OH)2大于NaOH。因此，他認為通常吸收CO2應該用飽和石灰水。

【思考評價】請你對小李同學的結論進行評價：_____________________。

［分析］飽和石灰水和濃NaOH 溶液都能與CO2反應生成鹽和水，但是一個生成的是難溶性的鹽（CaCO3）， 另一個生成的是易溶性的鹽（Na2CO3）； 另外還應該從定量的角度比較它們與CO2的反應； 最后還要注意 Ca(OH)2 與石灰水、 NaOH與NaOH溶液的不同以及 Ca(OH)2 與NaOH溶解度的差異。答案：略。

5 運用守恒思想解決問題

化學反應是化學研究的基本內容之一。化學反應成千上萬，但其過程都是反應物的原子重新組合而生成生成物的過程。在化學反應前后原子的種類沒有改變，數目沒有增減，原子的質量也沒有變化；這些微觀上的特點決定了宏觀上元素的種類、各種元素的質量以及物質的總質量在化學反應前后均沒有改變，即所有的化學反應遵守質量守恒定律。因此，在考察和研究有關化學反應的問題時，質量守恒思想就顯得既重要又十分必要。如解決例6問題：

例6．將某含碳化合物7.8g在空氣中充分燃燒，將生成的二氧化碳通入到足量的石灰水中，增重26.4g。則該含碳化合物中碳元素質量分數是____。

［分析］根據質量守恒定律，26.4g就是二氧化碳的質量，二氧化碳中碳元素的質量就是含碳化合物中碳元素的質量。答案：略。

6 運用定量思想解決問題

初中化學問題以定性為主，但在組成物質的元素判斷、混合物中某成分含量測定、混合物中雜質判斷、化學反應后剩余物質的判斷等問題是定性與定量相結合。正確解決這些問題，必須運用定量思想，即把有關化學式計算、化學方程式計算與化學概念、原理、實驗結合起來，充分利用數學思想和方法去分析和解決問題。物質組成元素判斷主要是利用燃燒法測定有機物的組成，根據計算燃燒產物CO2和H2O中的C、H或O的質量來加以確定；混合物中雜質判斷更多地是利用數學中的極限方法、平均值方法；混合物中某成分含量測定和化學反應后剩余物質的判斷往往融合了實驗和計算。如解決例7問題：

例7. 利用稀硫酸和下面給出的實驗裝置，設計一個實驗，粗略測定由銅和鋅兩種金屬組成的合金——黃銅中鋅的質量分數（黃銅己加工成粉末）。

實驗裝置：

另有托盤天平可用，根據你設計的實驗方案回答下列問題：

(1)你選用的實驗裝置有(填裝置編號)

______________。若需要組裝，則連接的順序是（用裝置接口處的編號表示）_______________（若不需要組裝，則不填）。

(2)稱取a克黃銅粉進行實驗，實驗中你測定的其它數據是()

A.生成H2的體積b升

B.反應前儀器和藥品的質量c克

C.反應后剩余固體的質量d克

D.反應后儀器和藥品的質量e克

(3)計算合金中鋅的質量分數(在實驗條件下，2.0克H2的體積為22.4升)。

［分析］測定混合物中各成分的質量分數（含量），一般有兩條途徑：一是直接求出所要求的物質的質量；另外也可先求出另一種物質的質量，然后用混合物的質量減去它的質量（適用兩種物質組成的混合物）；另外要明確所求物質的質量與實驗測出的物質質量之間的關系。

［答案］(1) 方案1：鋅與稀硫酸反應生成氫氣，用排水法收集，然后用量筒測定排出水的體積，即為氫氣的體積。故選用A、E、F；連接的順序是①、⑧、⑨、⑦。

（2）方案1：氫氣的體積×氫氣的密度=氫氣的質量，所以實驗中需要測定的數據是A；

方案2：根據質量守恒定律，A裝置（包括藥品）在反應前后的質量之差即為氫氣的質量，所以需要測定的數據是B、D；

方案3：因為銅不與稀硫酸反應，所以過濾后的濾渣為銅，所需裝置為A、G，需測定的數據是C。(3)略

7 運用控制實驗條件思想解決問題

科學方法有許多，其中實驗條件的控制是非常重要的一種。實驗條件的控制是實驗研究的本質特征，沒有控制就沒有實驗。因為根據實驗的基本邏輯，如果研究者在實驗中缺乏適當的、準確的控制，他就無法確定實驗所得到的結果究竟是由于他所假設的因素所導致，還是由于一些其它未能加以控制的因素所導致。因此控制好實驗條件決定著實驗研究的結論的準確程度。在實驗探究過程中， 一般有多種因素同時影響某一實驗結果，當我們要探究其中的一種因素時，就要使其它因素保持不變， 以探究此種因素對實驗結果的影響。如解決例8問題:

例8．如圖所示實驗方法可用來探究可燃物燃燒的條件，某同學用此裝置進行實驗，得出以下實驗事實：

①不通空氣時，冷水中的白磷不燃燒；

②通空氣時，冷水中的白磷不燃燒；

③不通空氣時，熱水中的白磷不燃燒；

④通空氣時，熱水中的白磷燃燒。

該實驗中，能證明可燃物通常需要接觸空氣才能燃燒的實驗事實是（填序號，下同）________；

能證明可燃物必須達到一定溫度（著火點）才能燃燒的實驗事實是________。

［分析］首先分析影響可燃物（白磷）燃燒的變量：與（空氣）氧氣接觸和一定的溫度，然后逐一提供變量設計實驗方案，如要探究“與（空氣）氧氣接觸”這一變量，必須控制溫度這一變量不變，然后分別在“通空氣” 與“不通空氣”的實驗條件下進行探究，即可得到“與（空氣）氧氣接觸”這一燃燒的條件。答案：③④；②④。

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