淺談解決化學(xué)學(xué)科計(jì)算問(wèn)題應(yīng)遵循的基本原則

黃小勇

原則之一——熟悉化原則

熟悉化原則就是設(shè)法把陌生的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為與之有關(guān)的熟悉問(wèn)題，用熟悉的知識(shí)或方法架設(shè)由已知到未知的橋梁，促使問(wèn)題更容易解決。

例1非整比化合物Fe0.95O具有氯化鈉型晶體結(jié)構(gòu)，由于n（Fe）：n（O）<1，所以晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷。（1）Fe0.95O中Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）各占總鐵量的百分之幾？（2）寫出標(biāo)明鐵價(jià)態(tài)的該晶體的化學(xué)式 ? ? 。

分析與解答本題所涉及的是一個(gè)與定組成不相符合的全新問(wèn)題。然而，只要認(rèn)真分析題意，將Fe0.95O改造為Fea（Ⅱ）Fe（0.95-a）（Ⅲ）O的形式。依據(jù)這一形式，巧用大家熟悉的正負(fù)化合價(jià)守恒的原則，即可列出如下等式：2a+（0.95-a）×3=2，解得a=0.85，所以Fe（Ⅱ）在總鐵量中占：0.850.95×100%=89.5%，F(xiàn)e（Ⅲ）在總鐵量中占：0.10.95×100%=10.5%，最后可寫出該晶體的化學(xué)式為：Fe0.85（Ⅱ）Fe0.1（Ⅲ）O。答：（略）。

原則之二——整體化原則

整體化原則就是設(shè)法統(tǒng)觀全題，從整體上進(jìn)行綜合分析，找出物質(zhì)變化的始態(tài)和終態(tài)，并由此尋求解決問(wèn)題的最佳途徑，最后完成對(duì)整個(gè)問(wèn)題的解決。

例2近年來(lái)，工業(yè)上用Mg（NO3）2替代濃H2SO4作為制取濃HNO3的脫水劑（以下數(shù)據(jù)均為溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），65% HNO3（質(zhì)量為m1）中加72% Mg（NO3）2溶液（質(zhì)量為m2）后蒸餾，分別得到97.5% HNO3和60% ?Mg（NO3）2溶液（不含HNO3）。

（1）若蒸餾過(guò)程中HNO3、Mg（NO3）2、H2O均無(wú)損失，求蒸餾前投料比m1m2的值。

（2）蒸餾過(guò)程中，若H2O的損耗占總質(zhì)量的5.0%，即有（m1+m2）×5.0%的H2O流失，則投料時(shí)，比值m1m2應(yīng)該（選填增大、減小或不變）。

分析與解答 本題是一道提供新情景制備濃硝酸的方法。只要認(rèn)真分析題中條件，從整體上來(lái)考慮問(wèn)題，架橋變通，即利用題給信息，將濃溶液（稀溶液）轉(zhuǎn)換為稀溶液（濃溶液），再抓蒸餾前后溶液質(zhì)量不變，則題中的問(wèn)題，便可迎刃而解。依據(jù)蒸餾前后溶液質(zhì)量不變，則有m1+m2=m1×65%97.5%+m2×72%60%解得m1m2=35;同理：m1+m2=m1×65%97.5%+m2×72%60%+0.05（m1+m2）解得m1m2=1517>35，即m1m2比值增大。答：（略）。

原則之三——直觀化原則

直觀化原則就是設(shè)法將物質(zhì)及其變化中的定量關(guān)系，用圖表、圖像等直觀、形象的手段表示出來(lái)，有利于比較、分析、判斷、綜合，促成化學(xué)思維與數(shù)學(xué)思維的巧妙結(jié)合，使問(wèn)題得以清晰解決。

例3等量的鈉、鎂、鋁與等量的鹽酸作用產(chǎn)生H2，放出H2的體積可出現(xiàn)下列4種情況：A.Na>Mg=AlB.Na=Mg=AlC.Mg=Al>NaD.Al>Mg>Na若鹽酸的濃度為4.00 mol·L-1、體積為250.0 mL時(shí)，將滿足上述4種情況所需金屬的物質(zhì)的量x和金屬的質(zhì)量y填入下表中：等量的鈉、鎂、鋁ABCDⅠ.金屬的物質(zhì)的量x/molⅡ.金屬的質(zhì)量y/g分析與解答本題是一道以基礎(chǔ)內(nèi)容入題，知識(shí)起點(diǎn)低，但考查學(xué)生的能力層次非常高，對(duì)于這樣的復(fù)雜問(wèn)題，倘若能利用數(shù)形結(jié)合的方法來(lái)分析題意，則可使思路變得清晰，問(wèn)題會(huì)更加容易解決，根據(jù)題意知，n（HCl）=4.00 mol·L-1×0.25L=1.0 mol，假定這1.0 mol的鹽酸全部參加反應(yīng)完，則有如下關(guān)系：2Na～2HCl～H21 mol1 mol1 gMg～2HCl～H212 mol1 mol1 g2Al～6HCl～3H213 mol1 mol1 g圖1由上述轉(zhuǎn)化關(guān)系及題給條件，在同一坐標(biāo)系中分別對(duì)情況Ⅰ做m（H2）～x圖;對(duì)情況Ⅱ做m（H2）～y圖（圖1所示）。綜合分析以上圖1中兩曲線的相互關(guān)系，可迅速、準(zhǔn)確地得出本題的正確答案。答案見(jiàn)下表。等量的鈉、鎂、鋁ABCDⅠ.金屬的物質(zhì)的量x/molx>1x=112≤x≤10<x<12Ⅱ.金屬的質(zhì)量y/gy>23y=2312≤y≤230<y<12原則之四——簡(jiǎn)單化原則簡(jiǎn)單化原則就是設(shè)法使復(fù)雜問(wèn)題向著簡(jiǎn)單問(wèn)題的方向轉(zhuǎn)化，即由繁到簡(jiǎn)，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行剖析、分解、轉(zhuǎn)化，使復(fù)雜問(wèn)題得以迅速解決。例4已知亞鐵鹽在酸性溶液中易被氧化為鐵鹽?，F(xiàn)用0.02 mol·L-1的KMnO4溶液做測(cè)定某純FeSO4·7H2O樣品是否部分風(fēng)化的實(shí)驗(yàn)：將樣品0.8302 g溶于用H2SO4酸化過(guò)的水中，然后用滴定管滴加0.02 mol·L-1的KMnO4溶液，當(dāng)?shù)渭又寥芤簞偤蔑@出粉紅色時(shí)即終止滴定，共用去KMnO4溶液30.0 mL。試通過(guò)計(jì)算判斷該樣品是否已經(jīng)部分失水;如已失水，則失水率（失去的結(jié)晶水占全部結(jié)晶水的百分率）是多少？

分析與解答本題是一道涉及氧化還原反應(yīng)知識(shí)的綜合計(jì)算題，且題目中包含（隱含）著眾多守恒關(guān)系，有一定難度，但只要認(rèn)真分析題意，抓住氧化還原反應(yīng)中得失電子總數(shù)相等，則失水率可迅速求出。根據(jù)題中條件知，在反應(yīng)中有Fe2+-1e-Fe3+、MnO-4+5e-Mn2+。若設(shè)被氧化的FeSO4·7H2O質(zhì)量為x，根據(jù)電子守恒得：0.02 mol·L-1×0.03 L×5=x278 g·mol-1×1解得x=0.834 g此量為未失水時(shí)FeSO4·7H2O的質(zhì)量。其中含水的質(zhì)量為：0.834 g×126 g·mol-1278 g·mol-1=0.378 g。故失水量為：0.834 g-0.8302 g=0.0038 g，所以失水率為：0.0038 g0.378 g×100%=1.0%。答：（略）。

（收稿日期：2015-07-10）