科學(xué)假設(shè)，有效提升高中化學(xué)解題效率

江蘇省如皋中學(xué) 石紅熾

在高中化學(xué)習(xí)題中，有些題目給出的條件并不充足，如果使用常規(guī)的解題思路，很難解出答案，學(xué)生在遇到這些題目時(shí)常常會感到棘手。對此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)假設(shè)進(jìn)行解題，通過轉(zhuǎn)化問題，獲得更明確的思路，提高解題效率。

一、應(yīng)用極端假設(shè)解題

極端假設(shè)是根據(jù)問題的條件，作出一種或多種極端的假設(shè)，然后對這些假設(shè)進(jìn)行分類討論，確定答案存在的區(qū)間。極端假設(shè)適用的問題一般只要求解出一個(gè)范圍性的答案，對具體的數(shù)值沒有要求。在應(yīng)用極端假設(shè)進(jìn)行解題時(shí)，需要遵循以下四個(gè)步驟。第一，分析題干條件，確定化學(xué)反應(yīng)過程；第二，根據(jù)題中給的條件和所要求的答案，作出極端假設(shè)；第三，寫出化學(xué)方程式，結(jié)合題中數(shù)據(jù)計(jì)算極值；第四，結(jié)合多個(gè)極值，確定答案范圍。極端假設(shè)法是一種非常實(shí)用的解題方法，能夠在多種題目的解題中應(yīng)用，比較常見的有，求化學(xué)反應(yīng)的生成物的量的范圍和求混合物的組成。除了在這些特定類型的題目中應(yīng)用找出解題思路，極端假設(shè)法還能在常規(guī)類型的選擇題中應(yīng)用，確定答案大致范圍，加快解題速度，快速選出答案。

例如，一定條件下，CO和水蒸氣在密閉容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，CO+H2O→CO2+H2，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得其中的CO2的物質(zhì)的量為0.6mol，已知初始狀態(tài)下，CO的物質(zhì)的量為1mol，現(xiàn)在容器中再通入4mol水蒸氣，再次達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的物質(zhì)的量（ ）

A.等于0.6mol

B.等于1mol

C.大于 0.6mol，小于 1mol

D.大于1mol

這是一道典型的求范圍的題目，特殊的地方在于此反應(yīng)為可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)在達(dá)到平衡時(shí)，如果增加反應(yīng)物的濃度，會導(dǎo)致反應(yīng)的平衡正向移動，題目中通入水蒸氣，而沒有增加CO，因此水蒸氣的濃度會變大，CO濃度保持不變，隨即平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率會得到提高，但不會完全反應(yīng)。題目中，第一次達(dá)到反應(yīng)平衡時(shí)，其中CO2的物質(zhì)的量為0.6mol，通入水蒸氣后，反應(yīng)正向進(jìn)行，CO2的物質(zhì)的量必然增加，但無法確定具體增加多少。此時(shí)可以應(yīng)用極端假設(shè)法，假設(shè)CO完全反應(yīng)，1mol的CO可以生成 1mol的CO2，可以得出CO2的實(shí)際值必然在0.6mol到1mol之間，因此答案選C。

二、應(yīng)用等效假設(shè)解題

有些化學(xué)題目中涉及非常復(fù)雜的混合物，如果直接對每一種物質(zhì)的量進(jìn)行計(jì)算，求解過程會十分復(fù)雜，很容易出現(xiàn)錯誤。對于這類題目的求解可以應(yīng)用等效假設(shè)法，用實(shí)際并不存在但形式簡單的分子式代替題目中復(fù)雜的分子式，將復(fù)雜題目轉(zhuǎn)化為另一種思路清晰的等效題目，然后再進(jìn)行求解，就能夠更加順利和準(zhǔn)確地解出答案。例如，已知某混合物中包括M gO、M gSO4和M gH PO4三種物質(zhì)，其中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%，求其中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對于這道題的求解，如果直接計(jì)算M gO、M gSO4和M gH PO4的量，再計(jì)算其中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是無法得出答案的。應(yīng)用等效假設(shè)法，通過分析三種物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以把原本的混合物等效為M gO和SO3、（H PO3）兩種組分，其中 H PO3和 SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，可以等效為一種，然后再根據(jù)鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及在各物質(zhì)中鎂和氧的比例分別計(jì)算出每一種組分中中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最后相加，得出結(jié)果。具體的解題過程如下：首先，分組。根據(jù)相對分子質(zhì)量對混合物組分進(jìn)行等效代替，M gSO4可以用 M gO+SO3等效，M gH PO4可以用M gO+H PO3等效。第二，計(jì)算。M gO中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×33%=22%，混合物中等效M gO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%+22%=55%，等效SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-55%=45%，SO3中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×45%=27%。最后，將計(jì)算得出兩組分中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小家，可以得出，原混合物中國氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%+27%=49%。

三、應(yīng)用參照量假設(shè)解題

在某些化學(xué)問題的解題中，應(yīng)用參照量假設(shè)，可以將題目中某個(gè)變化的量作為參照量，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步的分析計(jì)算，將變化復(fù)雜的問題變得更具確定性，方便求解。例如，密閉容器中有N aO H和N aH CO3的混合物，加熱至280℃充分反應(yīng)產(chǎn)生氣體并排除，反應(yīng)結(jié)束后容器內(nèi)固體質(zhì)量為16.6克，已知原混合物的質(zhì)量為18.4克，試計(jì)算原混合物中N aO H的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對于這道題的求解，首先分析可能發(fā)生的反應(yīng)，有N aO H+N aH CO3→N a2CO3+H2O↑和2N aH CO3=N a2CO3+H2O↑+CO2↑。計(jì)算之前需要確定第二個(gè)反應(yīng)是否發(fā)生。利用參照量假設(shè)，可以將N aO H和N aH CO3恰好完全反應(yīng)時(shí)生成氣體的量X作為參照量，通過計(jì)算，（84+40）∶18=18.4∶X，可以得出X=2.67克，而實(shí)際產(chǎn)生氣體的量為18.4-16.6=1.8克。因此N aO H過量，N aH CO3完全反應(yīng)，不會發(fā)生第二個(gè)反應(yīng)。根據(jù)第一個(gè)反應(yīng)方程式，可以計(jì)算出混合物中N aH CO3的量，然后即可得出N aO H的量。

四、應(yīng)用途徑假設(shè)解題

除了以上三種科學(xué)假設(shè)外，在高中化學(xué)解題中比較實(shí)用的科學(xué)假設(shè)法還有途徑假設(shè)法。在求解陌生的化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的問題時(shí)，可以應(yīng)用途徑假設(shè)，用熟悉的化學(xué)反應(yīng)過程代替題目中的反應(yīng)過程。例如，A容器中有1克SO2和1克O2，B容器中有2克SO2和 2克O2，已知A、B兩容器溫度相同、體積相同，問兩個(gè)容器中的反應(yīng)都達(dá)到平衡時(shí)，哪個(gè)容器中的SO2轉(zhuǎn)化率高一些？對于這道題的求解，可以先假設(shè)A容器體積為V，然后分析題干條件，將B容器的體積設(shè)為2V，這樣兩個(gè)容器中的反應(yīng)物濃度完全一致，當(dāng)兩容器內(nèi)的反應(yīng)都達(dá)到平衡時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率也一致。由于實(shí)際的A、B容器體積相同，所以相當(dāng)于在初始條件相同的兩個(gè)反應(yīng)中，減少B容器的體積，從而讓平衡正向移動，因此B容器中的SO2轉(zhuǎn)化率更高。

在高中化學(xué)習(xí)題教學(xué)中，教師要減少使用題海戰(zhàn)術(shù)，而要重視解題技能的教學(xué)。教師應(yīng)當(dāng)教授學(xué)生靈活應(yīng)用科學(xué)假設(shè)法，根據(jù)題型的不同，選擇合適的科學(xué)假設(shè)法，充分發(fā)揮科學(xué)假設(shè)法的作用，提高學(xué)生的解題效率。