作圖分析和數據計算

文章編號：1005－6629(2007)11－0077－02中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

［問題的由來］

上海高考化學試卷命題經過多年的發展，最后一題計算題已經逐漸形成為：結合工業生產、利用工業生產反應方程式來進行有關化學計算；前2小題側重基本化學計算(由物質組成、化學方程式做一步計算)；第3、4小題往往結合數據表格、討論分析、函數作圖等等，考查學生計算分析能力，難度較大。為了檢驗學生的綜合計算能力，筆者編制了這一習題。

［問題］

工業上冶煉晶體硅所用的粗硅中所含有的主要成分是Si和SiC，生產粗硅過程中所涉及的反應有：SiO2+2C Si+2CO↑，Si+CSiC。

(1)某粗硅樣品中，經測定硅與碳的物質的量之比為3∶1，則樣品中單質Si的質量分數(用小數表示)為______________(保留3位小數)。

(2)若生產過程中參加反應的SiO2和C的質量比為2∶1，則得到的粗硅中，Si和SiC的物質的量之比為_______________。

(3)SiO2和C的混合物1mol在高溫下充分反應，思考反應后固體中Si的物質的量y mol和原混合物中碳的物質的量x mol的函數關系。

①在圖中補畫出該函數關系圖線。

②寫出當 ≤x≤ 時，y和x的關系式：__＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_。

［問題解析］

(1)第一小題(Si式量：28，C式量：12，SiC式量：40，SiO2式量：60)

解法一：由硅與碳的物質的量之比為3∶1

單質Si與SiC的物質的量之比為2∶1，則單質Si的質量分數為： ＝0.583。

解法二：設樣品為1g，單質Si為X g， 則SiC為(1-X)g

由題意列式： ＝ ，解得X＝0.583為單質Si的質量分數。

(注：這一小題得分率較高，但實際測試結果發現失分率比第二小題失分率高，閱卷中發現很多學生是因為沒有仔細審題，沒有看清是求單質Si的質量分數，而直接按3∶1計算了硅元素的質量分數，從而造成失分。在解法上，大多數學生使用第一種解法，這是由于學生的思維習慣所致。)

(2)第二小題

(注：本小題的得分率較高，高三學生對于質量與物質的量之間的換算掌握很熟練，大多數學生按第一種解法解出了正確答案。前兩個小題由于注重基本化學計算，難度不是很大，重點中學學生的得分率很高，即使普通中學的學生只要時間上來得及，做了這兩小題，也能得到相應的分數。)

(3)第三小題

由于討論計算的難度較高，所以第三小題的得分率不高，普通中學中大部分學生沒有得分，重點中學的學生能力較強并且捕捉到了暗示的有一定的得分率。)

［問題拓展］

本題可以將第(3)小題的作圖改為畫出整個函數圖像， 即將圖像中原有的0

［使用記錄］

此題為《浦東新區2007年高考預測化學試卷》(2007.4)最后一道計算題，所涉及的反應都經過查實，實際的使用情況和效果在［問題解析］中已經做了詳細的說明。

本題未在任何刊物上發表過。

［教育價值］

在化學反應中，反應物之間相對量的變化往往會導致反應的改變，討論計算正是在分析反應物量變對生成物是什么以及生成物量的影響，因此有利于促進學生形成先從全局綜合分析問題再分階段解決問題的思維方式，以及從量的方面來加深對化學概念和原理的理解。

求解討論計算這類題的要點有以下幾個方面：

1.正確分析所發生的化學反應；

2.依據有關化學方程式和數據進行過量判斷或劃分取值范圍。

3.確定在不同取值范圍內所對應的產物或反應混合物的成分；

4.進行必要的計算求解。

討論是一種十分重要的科學思維方法，它充分體現了化學知識與數學知識的結合。在解討論計算的過程中需要將化學問題轉化為數學問題，有利于培養學生利用數學工具解決化學問題的思維、表達能力。

注：浦東新區高中化學命題研究小組由6人組成：湯銀龍(建平中學)、陸震銘(浦東新區教研室)、李文亮(東輝中學)、童自強(三林中學)、陳罡(上海市實驗學校)、薛志明(川沙中學)、李之春(進才中學)，本文由李之春執筆。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”