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(河北省懷來縣沙城中學(xué))
假設(shè)是科學(xué)研究中常用的一種思維方法,也是化學(xué)解題中常用的技巧和策略,在創(chuàng)造性思維活動中占有重要地位。本文舉例談?wù)劵瘜W(xué)解題中常用的假設(shè)方法與技巧。
極端法是化學(xué)計算中的技巧性解法,它適用于混合物的計算。這種方法的解題思路是假設(shè)只有混合物中的某一成分,通過計算得出兩個極端值,然后根據(jù)題目要求得出正確答案。
例1.Mg,F(xiàn)e,Al 三種金屬的混合物與足量的稀H2SO4反應(yīng),生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的2.8L 的H2,則金屬混合物中三種金屬的物質(zhì)的量之和不可能的是 ( )
A.0.12mol B.0.15mol
C.0.08mol D.0.10mol
【分析】物質(zhì)的量相等的金屬與足量的酸反應(yīng)時產(chǎn)生H2的量只與金屬元素的化合價有關(guān),而已知的三種金屬Mg,Al,F(xiàn)e,其中Mg,F(xiàn)e 在反應(yīng)中均呈現(xiàn)+2 價,可把它們都看成一種成分,Al 在反應(yīng)中呈現(xiàn)+3 價,把它看成另一種成分。則把該混合物轉(zhuǎn)化成+2價的金屬和+3 價的金屬組成的混合物,然后用極端法來計算和判斷。
解:假設(shè)全部是Mg,F(xiàn)e,設(shè)它們的物質(zhì)的量之和為xmol,與產(chǎn)生的H2有如下關(guān)系:
假設(shè)全是Al,設(shè)它的物質(zhì)的量為ymol,與產(chǎn)生的H2關(guān)系為:
由于是以上兩種情況的混合物,故產(chǎn)生2.8L 的H2時的混合物的物質(zhì)的量之和應(yīng)介于兩者之間,即小于0.125mol 而大于0.08mol,故符合題意的答案為(B)和(C)。
極端法假設(shè)解題可以給化學(xué)計算帶來極大的方便。利用這種方法解題時,應(yīng)注意有的答案包括了兩極端值,而有的答案則不包括兩極端值,這要根據(jù)題意靈活判斷。
和極端假設(shè)相反,中值假設(shè)是選定變化過程中某點(如恰好反應(yīng)點等)的量值為參照,或假設(shè)結(jié)果為某一中間值,代入原題中,通過分析、推理,然后對結(jié)果做出正確判斷。尤其是對于某些結(jié)果為比值或含量的計算型選擇題比較方便。
例2.已知自然界中銥有兩種質(zhì)量數(shù)分別為191 和193 的同位素,而銥的平均原子量為192.22,這兩種同位素的原子個數(shù)比應(yīng)為( )。
A.39:61 B.61:39
C.1:1 D.39:11
【分析】本題一般用十字交叉法求解,解題中會遇到十分難以處理的數(shù)據(jù)運算。用選值假設(shè),假設(shè)比為1:1,則銥元素的平均原子量為說明兩種原子中193 的原子個數(shù)要多于191 的原子個數(shù),比值要小于1:1,對照選項可知只能選A。
過程假設(shè)即把實際較為復(fù)雜的變化過程假設(shè)為若干個簡單、理想的過程,并以其為參照,使問題變得簡捷明了,并得以解決。
例3.在一密閉容器中充入1molNO2,建立如下平衡:2NO2葑N2O4,測得NO2的轉(zhuǎn)化率為a%,在其他條件不變下,再充入1mol NO2,待新平衡建立時,又測得NO2的轉(zhuǎn)化率為b%,則a 與b 的關(guān)系為( )
A.a>b B.a
C.a=b D.無法確定
【分析】直接判斷a 與b 的關(guān)系比較難,但可以假設(shè)一個中間過程Ⅱ。
易知Ⅰ與Ⅱ兩過程等效,NO2的轉(zhuǎn)化率均為a%,若將容器Ⅱ加壓,使容積減小到原來的一半,即與Ⅰ容積相等,因2NO2葑N2O4,加壓時平衡向正反應(yīng)方向移動,故達(dá)新平衡后NO2的轉(zhuǎn)化率b%必大于a%。答案應(yīng)選B。
某些問題直接求解非常繁瑣,甚至無法求解,解題中我們可通過對題所給條件進(jìn)行假設(shè),使問題研究的方向、結(jié)論等發(fā)生改變,從側(cè)面或反向著手分析問題。
例4.將50%的硫酸溶液和10%的硫酸溶液等體積混合,所得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)( )
A.大于30% B.小于30%
C.等于30% D.無法判斷
【分析】假設(shè)50%和10%兩硫酸溶液密度分別為d1和d2,并將它們等質(zhì)量(均為m)混合,所得溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:
因為d1>d2,所以,兩溶液等體積混合時,50%硫酸溶液的質(zhì)量必大于10%硫酸溶液的質(zhì)量,混合后溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)必大于30%,故(A)為答案。
所謂賦值假設(shè),就是在無數(shù)據(jù)計算、字母討論及以比值形式作已知條件或求比值的問題中,抓住特點(如,反應(yīng)系數(shù)、比值等),賦予其一些具體的量值,化抽象為具體,使問題順利解決。
例5.向碘化鉀溶液中加入硝酸銀溶液,直到完全反應(yīng)為止,結(jié)果反應(yīng)后,溶液的質(zhì)量恰好等于反應(yīng)前碘化鉀溶液的質(zhì)量,則加入硝酸銀溶液的質(zhì)量百分濃度為__________________。
【分析】由反應(yīng)式KI+AgNO3=AgI+KNO3可知,析出碘化銀沉淀的質(zhì)量等于所加入硝酸銀溶液的總質(zhì)量,賦值假設(shè)有1mol 碘化銀沉淀生成,則所加入的硝酸銀溶液中含AgNO3為1mol,每摩AgNO3質(zhì)量為170g,每摩AgI 的質(zhì)量為235g,則所求硝酸銀溶液的質(zhì)量百分濃度為170÷235×100%=72.34%。本題原無明顯可用數(shù)據(jù),通過賦值假設(shè),可以正確求解。
以上列舉了化學(xué)解題中常用的幾種假設(shè)方法與技巧,它不僅是快速解題的需要,同時對培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力也大有幫助。在解題時,應(yīng)根據(jù)實際問題的具體條件進(jìn)行靈活掌握,使假設(shè)的方法合理而又恰到好處,不必囿于一定模式,這樣才能使思維水平得以發(fā)展,逐步形成解題技能和技巧。