作圖分析和數(shù)據(jù)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(xué)試卷命題經(jīng)過多年的發(fā)展，最后一題計算題已經(jīng)逐漸形成為：結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)、利用工業(yè)生產(chǎn)反應(yīng)方程式來進行有關(guān)化學(xué)計算；前2小題側(cè)重基本化學(xué)計算(由物質(zhì)組成、化學(xué)方程式做一步計算)；第3、4小題往往結(jié)合數(shù)據(jù)表格、討論分析、函數(shù)作圖等等，考查學(xué)生計算分析能力，難度較大。為了檢驗學(xué)生的綜合計算能力，筆者編制了這一習(xí)題。

［問題］

工業(yè)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(chǎn)粗硅過程中所涉及的反應(yīng)有：SiO2+2C Si+2CO↑，Si+CSiC。

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

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

(3)SiO2和C的混合物1mol在高溫下充分反應(yīng)，思考反應(yīng)后固體中Si的物質(zhì)的量y mol和原混合物中碳的物質(zhì)的量x mol的函數(shù)關(guān)系。

①在圖中補畫出該函數(shù)關(guān)系圖線。

②寫出當 ≤x≤ 時，y和x的關(guān)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(zhì)的量之比為3∶1

單質(zhì)Si與SiC的物質(zhì)的量之比為2∶1，則單質(zhì)Si的質(zhì)量分數(shù)為： ＝0.583。

解法二：設(shè)樣品為1g，單質(zhì)Si為X g， 則SiC為(1-X)g

由題意列式： ＝ ，解得X＝0.583為單質(zhì)Si的質(zhì)量分數(shù)。

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

(2)第二小題

(注：本小題的得分率較高，高三學(xué)生對于質(zhì)量與物質(zhì)的量之間的換算掌握很熟練，大多數(shù)學(xué)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(xué)計算，難度不是很大，重點中學(xué)學(xué)生的得分率很高，即使普通中學(xué)的學(xué)生只要時間上來得及，做了這兩小題，也能得到相應(yīng)的分數(shù)。)

(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(xué)中大部分學(xué)生沒有得分，重點中學(xué)的學(xué)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(shù)圖像， 即將圖像中原有的0

［使用記錄］

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

本題未在任何刊物上發(fā)表過。

［教育價值］

在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物之間相對量的變化往往會導(dǎo)致反應(yīng)的改變，討論計算正是在分析反應(yīng)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(xué)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(xué)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(fā)生的化學(xué)反應(yīng)；

2.依據(jù)有關(guān)化學(xué)方程式和數(shù)據(jù)進行過量判斷或劃分取值范圍。

3.確定在不同取值范圍內(nèi)所對應(yīng)的產(chǎn)物或反應(yīng)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(xué)思維方法，它充分體現(xiàn)了化學(xué)知識與數(shù)學(xué)知識的結(jié)合。在解討論計算的過程中需要將化學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問題的思維、表達能力。

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

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”