感受化學計算的魅力

沈紅英

[摘 要]化學計算是中考化學的重要組成部分，課程標準雖然對化學計算的要求有所降低，但對學生綜合應用能力的要求卻越來越高。化學計算題不應該是單純的憑空設計的化學計算，其情境應該與化學分析、生產實際和學生生活體驗相聯系，盡可能從環境保護、生產生活、資源利用三個方面展示化學計算的獨特魅力。

[關鍵詞]化學計算；中考化學；計算題

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）14-0071-02

化學計算是化學基本技能的重要組成部分。化學計算既要從質的方面來揭示物質的變化規律，又要從量的方面來研究物質的變化結果，兩方面互相聯系，互為補充。化學計算的根據是化學反應遵循質量守恒定律和純凈物具有確定的化學元素組成的原理。掌握好化學計算技能的關鍵是正確理解題意，正確使用化學基本術語和原理，善于從中找出其中的等量關系、比例關系或函數關系。

對化學計算題的思考不應局限于計算技巧，更應對其在生產、生活方面的應用價值進行思考，重視計算原理在實驗中，在生產、生活中的應用，這對培養學生從化學的角度思考問題的能力非常必要。中考計算題已不僅僅是單純的數學運算，且逐步走出人為編制的、沒有實際價值的偏、難、怪的誤區，重新走到基本思想和方法的正確軌道上來，重點考查學生運用所學化學概念、理論知識解決實際問題的能力，真正體現了化學計算的特點。因此中考化學計算題更多的是通過一定的真實情境——實驗探究過程或生活中的一些素材，對化學計算思想進行考查。

一、化學計算與環境保護

由于人類生產、生活等因素的影響，環境污染問題越來越引起人們的關注。保護環境是我們義不容辭的責任。但在講到環境污染問題時，我們很多時候只是舉例說明一下，學生對環境污染很少有數量的概念。因此我們在進行化學計算教學時，完全可以把環境問題與化學計算融合在一起，使學生更直觀地認識到保護環境的重要性。

【例1】 （2006·蘇州）秸稈是一種相對清潔的可再生能源，平均含硫量只有千分之三點八（3.8‰），而煤的平均含硫量約為百分之一（1%）。某地燃燒秸稈的發電廠一年燃燒秸稈約2.0×105 t，可節約煤1.0×105 t。假設燃料中的硫元素經燃燒后全部轉化為SO2，試計算該發電廠燃燒秸稈比燃燒煤每年少排放SO2多少噸？

本題計算難度不高，只要厘清題意，很容易計算出一年燃燒秸稈比燃燒煤少排放480 t SO2，本題主要是讓學生通過計算認識到要產生相同的熱量，燃燒秸稈比燃燒煤產生的SO2要少得多，燃燒秸稈更加環保；對煤，最好能進行綜合利用，直接將其作為燃料，不僅浪費資源，而且會造成環境污染。以學生自己計算出來的數據來說明煤作為燃料的缺點，讓學生更深刻地認識到選擇燃料時要從多方面考慮。本題的設計意圖是引導學生對計算結果進行反思：對于燃料的選擇，不但要考慮經濟效益，更要顧及環境安全。

【例2】 （2015·蘇州）用石灰石漿吸收廢氣中的二氧化硫，其反應原理是：2CaCO3+O2+2SO2 [高溫]2CaSO4+2CO2 。若1000 kg廢氣中含有1.6 kg的二氧化硫，則至少需要含90%碳酸鈣的石灰石多少千克才能將其完全吸收？

【例3】 （2005·蘇州）煤是一種化石燃料，用煤作燃料生成的SO2氣體會造成環境污染。有一種煤每燃燒1 t就會釋放出53. 3 kg SO2。如果將產生的SO2用熟石灰來完全吸收，其反應的化學方程式為： SO2 + Ca（OH）2 = CaSO3 + H2O，那么燃燒5 t這種煤產生的SO2在理論上需要用多少千克的Ca（OH）2 來吸收？

看到上面這兩道中考題，我們會想到什么？僅僅當作計算題來解答，還是在此基礎上當作一種信息源加以思考？這兩道題的計算難度不大，只要根據給出的化學方程式，找到相應物質的量的關系，就可以算出結果。但是出題者的本意應該是希望我們能夠對題目進行進一步的深入思考。以熟石灰吸收SO2為例，可以將其延伸到生產生活環境當中。例如，討論1：原煤中含硫量一般比較高，在1.5%～3%之間，直接利用原煤污染較大。有關部門規定，在市區所使用的煤必須要經過脫硫處理，使其含硫量低于0.8%。請分析例3的題給信息，判斷題中所使用的煤是脫硫煤還是原煤。討論2：如何處理SO2從而減小其對環境的污染？（還可以繼續深入）討論3：已知NaOH和Ca（OH）2 都可以用來吸收SO2，且已知下列條件：（1）溶液的吸收效果明顯高于固體；（2）NaOH售價3080元/噸，Ca（OH）2 售價350元/噸。提問：（1）若同樣吸收64 kg的SO2，需要NaOH較多還是Ca（OH）2 較多？ （2）請根據上述材料說明：實驗室中吸收SO2用NaOH較多而工業上用Ca（OH）2 較多的原因。

通過以上的進一步討論、比較，看似拓展計算，實際上加深了化學計算與生產生活環境的緊密聯系，使學生更加感性地認識到化學計算對改善環境起著重要的作用。

二、化學計算與生產生活

學習化學計算的最終目的主要是為了應用到實際的生產生活當中，而不是為了掌握單純的計算技巧。計算題的編制只有符合工業生產和生活實際，學生在解題的過程中才能切實體會到學習化學計算并不是純數字、純思維的訓練，而是具有實用價值的。既然如此，在化學計算題的編制過程中，只要稍加注意，使理論與實際相聯系，讓學生在解題過程中發現化學的實用價值。

【例4】 （2006·蘇州）某工廠采購到一批鋼材，質檢員為檢驗其含碳量，需要用抽樣對比的方法進行化驗。他先稱取含碳量為0.5%的標準鋼樣1.50 g，讓其在足量的氧氣中充分燃燒，最終收集到通常狀況下的二氧化碳13.8 mL。再稱取待測鋼樣1.50 g ，用同樣的方法在相同條件下收集到二氧化碳16.6 mL。求待測鋼樣的含碳量（計算結果精確到0.1%）。（已知通常狀況下，二氧化碳的密度為1.99 g/L）

本題可以有不同的解題方法，可以根據方程式計算，可以用碳元素守恒法計算，最簡便的是按比例計算。通過本題的分析，學生了解到化工生產中的計算也是用化學基礎知識甚至數學中簡單的比例關系來解答的。本題的編制讓學生感受到了工業生產中鋼材含碳量的測定方法。化學計算絕不應該是純理論的計算，而應該是運用理論知識解決實際問題的計算。

【例5】 （2008·蘇州） 國家“西氣東輸”工程使得東部沿海地區廣大居民用上了天然氣（主要成分是甲烷）作燃料。已知l kg甲烷燃燒生成液態水和二氧化碳，放出的熱量約為5.87×107 J。試填空： （1）參加上述反應的氧氣和生成的二氧化碳的化學計量數之比ν（O2）：ν（CO2）= ； （2）若l kg甲烷燃燒生成氣態水和二氧化碳，放出的熱量 5.57×107J（選填“>” “<”或“=”）；（3）16 kg甲烷燃燒生成水和二氧化碳，至少消耗氧氣的質量為 kg。

本題的計算對象是學生家里常用的天然氣，學生會感覺到化學計算就在身邊。這種類型的計算題的編制就很有實用價值，學生愿意去分析，愿意去計算，這樣的計算題不再使學生覺得枯燥無味。化學計算與生活實際的聯系，讓學生更深刻地認識到化學就在我們身邊，為了我們的生活更加美好，我們應該學好化學。

三、化學計算與資源利用

當今社會各種資源比較緊缺，在化工生產過程中必須要考慮生產成本，節約原料，因此必須要考慮反應物的利用率。雖然學生是不需要進行實際生產操作的，但是通過化學計算可以讓學生從數據上直接認識到生產同一種產品，選擇不同的原料區別很大，我們應該盡可能地選擇轉化率高的原料，從而充分利用資源，節約原料，做到物盡其用。

充分利用資源，就是要考慮反應物中原子利用率的高低。如在進行O2的制備時，我們完全可以通過一些簡單的計算來討論原料選擇的優缺點：（1）過氧化氫制氧氣過程中氧原子的利用率是多少？生成氧氣占反應物中過氧化氫質量的百分比是多少？（2）高錳酸鉀制氧氣過程中對氧原子的利用率是多少？生成氧氣占反應物中高錳酸鉀質量的百分比是多少？通過計算結果的比較，從原子利用率方面不難看出，選擇過氧化氫要優于高錳酸鉀。當然，也可以從別的方面比較兩者制備O2的優缺點。

實驗室制備氧氣的量比較少，選擇高錳酸鉀還是過氧化氫作為原料，可能區別并不大。但在實際工業生產中，大批量的生產某種產品時，原子利用率的高低就顯得尤為重要了。另外，用同樣的原料，選擇不一樣的途徑，最終的生產成本也會不一樣，對環境的影響也可能不同。例如，工業上以銅為原料生產硫酸銅，可以選擇以下兩種途徑：

（1）Cu[ 濃硫酸加熱 ]CuSO4 （反應：Cu+2H2SO4 [加熱]

CuSO4+SO2 [↑]+2H2O） ；

（2）Cu [加熱] CuO [稀硫酸] CuSO4。

兩種途徑中，表面上看第一種途徑只需要一步反應，看似簡單，但通過簡單的計算，不難發現硫原子的利用率卻不高；第二種途徑看似復雜，實際上硫原子反而能百分百地轉化到產物CuSO4中，而且沒有環境污染物產生。

綜上可知，化學計算沒有精致的儀器，沒有迷人的現象，有的只是數字，有的只是分析，它不像化學實驗那樣能夠激起學生的求知欲望。怎樣使一堂化學計算課變得生機盎然，使學生的學習興趣得到最大限度地提高？我想不妨從化學計算的實用價值出發，在編制計算題時，帶上一點生活，帶上一點生產，帶上一點資源能源，帶上一點環保，相信化學計算也會變得多姿多彩。

（責任編輯 羅 艷）