利用物料守恒巧解熱重曲線類習(xí)題

霍本斌

摘要：通過以結(jié)晶水合物、金屬氫氧化物、變價金屬氧化物等類別的典型物質(zhì)為載體，結(jié)合例題，從物料守恒的角度對熱重曲線類題型進行剖析，讓學(xué)生形成正確的解題策略。

關(guān)鍵詞：物料守恒；熱重曲線；結(jié)晶水合物；金屬氫氧化物；變價金屬氧化物

文章編號：1005–6629（2016）10–0069–05 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

數(shù)據(jù)曲線圖是表示因變量如何隨著自變量調(diào)節(jié)變化的數(shù)據(jù)圖形，它能夠幫助學(xué)生利用已學(xué)的數(shù)據(jù)分析和處理方法分析實驗數(shù)據(jù)，形成科學(xué)的思維方式[1]。高考命題中出現(xiàn)的“熱重曲線”能夠很好地考查學(xué)生分析數(shù)據(jù)信息、發(fā)現(xiàn)問題、求出數(shù)據(jù)變化規(guī)律及分析變化原因的能力，同時也是落實“一點四面”命題思想、考查學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)（如守恒思想和化學(xué)信息素養(yǎng)）、促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成[2]的重要載體。這類試題自2010年進入江蘇高考后，開始受到命題專家的重視。在最近五年的高考命題中，全國卷（2011年、2014年）、安徽高考題[2012年第28題第（4）小題]、江蘇高考題（2010年、2014年）和江蘇省2012年學(xué)業(yè)水平測試等，均出現(xiàn)了熱重曲線問題的考查。這類試題對學(xué)生來說非常陌生，往往因思路不清或運算量大而失分嚴重。如何有效解決這一難題，目前可供參考的文獻極少。但也有個別教師開始關(guān)注其解題策略研究，有的提出了利用差量法或相對分子質(zhì)量法求解的策略[3]，也有的針對殘留固體中金屬元素有無變價提出了一種通用解法[4]。這些研究成果雖然在一定程度上為學(xué)生解熱重曲線類題型提供了幫助，但筆者認為從物料守恒角度求解熱重曲線類習(xí)題，可形成通識性的解題策略，更容易被學(xué)生掌握。現(xiàn)將此法介紹如下，與同仁分享。

1 基于物料守恒的熱重曲線類習(xí)題解題思路

通過分析熱重曲線，可以確定各熱穩(wěn)定區(qū)殘留物質(zhì)的化學(xué)組成。在高考命題中，常常要求學(xué)生通過分析熱重曲線中失重區(qū)的質(zhì)量變化或固體殘留率的變化來確定熱穩(wěn)定區(qū)的化學(xué)組成和失重區(qū)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式。對于這類試題，在失重區(qū)發(fā)生的反應(yīng)一般分為兩大類型：第一類是結(jié)晶水合物（M·nH2O）逐步失水轉(zhuǎn)化為不含結(jié)晶水的鹽（M）[注：金屬氫氧化物從廣義上講也可以看作是含水化合物，因為氫氧化物也可以改寫成氧化物的形式，如Al（OH）3可改寫成Al2O3·3H2O]。第二類是無水鹽（M）在空氣中加熱，形成金屬氧化物的過程（或變價金屬氧化物轉(zhuǎn)變成其他價態(tài)的金屬氧化物）。考題中的熱重曲線失重區(qū)的化學(xué)變化可能是其中的一類情況，也可能兩類兼有。無論是哪一類，確定熱穩(wěn)定區(qū)的殘留物化學(xué)組成都可以利用物料守恒求解。具體操作流程如下：

2 典型例題分析

2.1 結(jié)晶水合物的熱重曲線試題分析

例1 （根據(jù)2010年全國卷改編）硫酸銅晶體樣品受熱過程的熱重曲線（固體殘留率隨溫度變化的曲線）如圖2所示。試確定溫度在113℃、650℃時殘留物的化學(xué)式。

[答案]略。

當(dāng)結(jié)晶水合物為無氧酸鹽時，其熱重曲線的失重區(qū)主要發(fā)生脫水過程。確定其熱穩(wěn)定區(qū)的化學(xué)組成時可根據(jù)物料守恒列比例求解。

例2 圖3是CoCl2·6H2O晶體受熱分解時，剩余固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線。B物質(zhì)的化學(xué)式是 。

（2）灼燒Al（OH）3·Cu（OH）2固體，殘留固體質(zhì)量與溫度的關(guān)系如圖7所示。請寫出BC段的化學(xué)方程式。

（3）在焙燒NH4VO3的過程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線如圖8所示，則有關(guān)NH4VO3在分解過程中的說法正確的是 。

（3）B。

通過上述訓(xùn)練，可以讓學(xué)生熟練掌握熱重曲線的解題技巧和熱重曲線的分析策略。

3 教學(xué)反思

利用熱重曲線圖譜對固體試樣進行定量分析，其關(guān)鍵在于確定失重區(qū)的固體殘留率變化值或殘留固體質(zhì)量的變化值。然后根據(jù)物料守恒即可正確分析熱穩(wěn)定區(qū)殘留固體的化學(xué)組成和失重區(qū)發(fā)生的反應(yīng)。學(xué)生對這類試題感到陌生、難解的原因主要在于：（1）對各類圖形表征的問題具有陌生感，不能正確認識熱重曲線圖譜的含義，不能正確理解熱重曲線圖譜中失重區(qū)質(zhì)量變化或固體殘留率變化的本質(zhì)；（2）對化學(xué)計算的學(xué)習(xí)比較弱化，未能正確建立化學(xué)學(xué)科的學(xué)科思想（守恒思想和量變引起質(zhì)變等），遇到計算無從著手，造成試題難度加大；（3）對元素化合物之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律未能形成基本網(wǎng)絡(luò)，不能正確判斷物質(zhì)受熱過程中發(fā)生的變化。

因此，在教學(xué)過程中教師要善于引導(dǎo)學(xué)生正確認識圖形、圖表，重視圖形表征在高考命題中的價值取向；要重視學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)、化學(xué)信息素養(yǎng)等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會運用化學(xué)學(xué)科思想、化學(xué)方式來解決熱重曲線圖譜問題；要通過跟蹤訓(xùn)練或變式訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生“舉一反三”的質(zhì)疑精神和學(xué)習(xí)反思能力，完善解題過程與技能，提高解題能力?？偠灾?，能否正確解答熱重曲線題型，需要我們在教學(xué)中進一步關(guān)注學(xué)科方法、學(xué)科思想，進一步注重能力的培養(yǎng)和綜合實踐。

參考文獻：

[1]彭梭，王后雄.高考化學(xué)圖表信息題的功能及價值分析[J].化學(xué)教育，2015，（15）：35～42.

[2]林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學(xué)核心素養(yǎng)體系的構(gòu)成和特點[J].全球教育展望，2015，（5）：78～81.

[3]劉敏，魏良怡.例談熱重曲線問題的解題技巧[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（11）：75～77.

[4]張順清.求算熱重曲線中某點化學(xué)式的一種通用方法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（10）：65～67.