例析化學(xué)解題的思維方法

華雪瑩

化學(xué)問題能否順利解決，與思維方法的正確與否有著非常密切的關(guān)系。在求解化學(xué)問題時(shí)，如果我們能靈活地運(yùn)用科學(xué)的思維方法去分析，不僅可以加深對有關(guān)概念的深刻理解和正確地運(yùn)用，使基本理論得以升華，而且常?？梢栽诮忸}的過程中能夠獨(dú)辟蹊徑，化繁為簡、變難為易，進(jìn)而達(dá)到快速、準(zhǔn)確、簡捷求解的目的，從而收到舉一反三、觸類旁通的神奇效果。下面舉例說明化學(xué)解題中的常用的思維技巧，相信會(huì)對同學(xué)們有所啟迪。

一、直覺思維

這是一種迅速地感覺并做出判斷的思維模式，它是建立在豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，具有敏捷性的特點(diǎn)，憑借解題時(shí)的思維情境，誘發(fā)直覺思維，常?？墒菇忸}過程出奇制勝，這種思維特別適用于選擇題的計(jì)算。

【例1】在一個(gè)體積一定的密閉容器中，放入3L X氣體和2L Y氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4X（g） + 3Y（g）2Q（g） + ?n R（g）。達(dá)到平衡后，容器內(nèi)溫度不變，混合氣體的壓強(qiáng)比原來增加5%，X氣體的濃度減少13。則該反應(yīng)方程式中的 n 值是（? ）

A. 3?? B. 4?? C. 5?? D. 6

【解析】若按常規(guī)思路，根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算模式去求解，勢必會(huì)“小題大做”。其實(shí)將思維突破點(diǎn)選在“混合氣體的壓強(qiáng)比原來增加5%”上，易知該反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，則有4 + 3 < 2 + ?n ， n ?> 5。故應(yīng)選D。

【點(diǎn)評】通過巧妙而靈活地運(yùn)用直覺思維，不僅極大地降低了解題的難度，優(yōu)化了解題過程，而且簡捷、快速地使問題得以順利獲解。

二、變換思維

有些問題若直接按表層含義順向求解，不僅繁瑣，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。此時(shí)，若能對問題進(jìn)行深入地分析，巧妙地將問題進(jìn)行變換，即變換思維的角度，則會(huì)“柳暗花明”，給人一種“水到渠成”之愉悅之感。

【例2】1.92 g Cu投入到一定量的濃HNO 3中，Cu完全溶解，生成氣體顏色逐漸變淺，共收集到672 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。將盛有此氣體的容器倒扣于水中，通入一定量的O 2，恰好使氣體完全溶于水中，則通入O 2的體積為（? ）

A. 504 mL

B. 168 mL

C. 336 mL

D. 224 mL

【解析】本題中物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可圖示如下：

HNO 3CuH 2O、O 2NO 2NO

從圖示中可以明顯地看出，Cu失去的電子數(shù)正好就等于O 2得到的電子數(shù)。因此有如下關(guān)系式：

2Cu ～?? ?4e－ ?～ O 2

128 g____? 22.4 L

1.92 g____?? ?x

容易求得 x ?= 0.336 L = 336 mL。故應(yīng)選C。

【點(diǎn)評】本題若直接計(jì)算，則需要求出產(chǎn)生的NO 2和NO的量，再按這兩種氧化物被氧化生成硝酸才能求得結(jié)果，這樣求解過程既繁雜又冗長。若借助圖示的方法進(jìn)行分析，很容易發(fā)現(xiàn)其中電子的轉(zhuǎn)移過程，從而實(shí)現(xiàn)快速、簡捷獲解的目的。物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)往往錯(cuò)綜復(fù)雜，這就要求我們在審題時(shí)，務(wù)必要把各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系理清楚，靈活地變換思維角度，將問題加以簡化，運(yùn)用列式的方法實(shí)現(xiàn)快速求解的目的。

三、轉(zhuǎn)化思維

它是指不要被所給的問題的形式所束縛，而能夠根據(jù)具體情況，靈活地進(jìn)行變通。這樣可以把一個(gè)看上去較難的問題分解為幾個(gè)相對簡單的小問題；將直接難求解的問題轉(zhuǎn)化為間接容易求解的問題等。這種問題轉(zhuǎn)化的技巧常用于解繁雜的綜合性計(jì)算題、陌生的信息遷移題和書寫復(fù)雜的化學(xué)方程式等。

【例3】自然界中的磷礦中，由于磷灰石[Ca 3（PO 4） 2]的含量較少，因此在工業(yè)上生產(chǎn)磷肥時(shí)，常用含量較多的氟磷灰石[Ca 5（PO 4） 3F]生產(chǎn)，寫出工業(yè)上用氟磷灰石為原料生產(chǎn)過磷酸鈣的化學(xué)方程式。

【解析】從產(chǎn)物過磷酸鈣[CaSO 4和Ca（H 2PO 4） 2混合物]中含SO2－ 4可知，另一反應(yīng)物為H 2SO 4。但Ca 5（PO 4） 3F與H 2SO 4的反應(yīng)課本上沒有出現(xiàn)過，因此對大家來說書寫起來有困難。不過若將Ca 5（PO 4） 3F看成由Ca 3（PO 4） 2和CaF 2組成，即①2 Ca 5（PO 4） 3FCaF 2 + 3Ca 2（PO 4） 2，就很容易寫出下面兩個(gè)簡單的化學(xué)方程式：②CaF 2 ?+ H 2SO 4CaSO 4 ?+ 2HF↑，③Ca 3（PO 4） 2 ?+ 2H 2SO 42CaSO 4 ?+ Ca（H 2PO 4） 2，然后將① + ② + ③ × 3即得：

2Ca 5（PO 4） 3F + 7H 2SO 47CaSO 4 + 3Ca（H 2PO 4） 2 + 2HF↑

【點(diǎn)評】通過巧妙的轉(zhuǎn)化，既降低了解題的難度，又使得解題過程簡捷、明了，更容易理解和掌握，真是“妙不可言”。

四、逆向思維

它是指思維程序與通常相反，不是從原因來推知結(jié)果，而是從結(jié)果入手分析解題思路。逆向思維有其獨(dú)特性，可有效地克服思維定勢帶來的消極影響。充分運(yùn)用逆向思維來求解某些化學(xué)問題，有時(shí)會(huì)比正向思維顯得更簡捷，也更巧妙。

【例4】向一定量由Fe、FeO、Fe 2O 3組成的混合物中加入100 mL 1mol · L－1的鹽酸，能恰好使混合物完全溶解。放出224 mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體，向所得溶液中加入KSCN溶液，無紅色出現(xiàn)。問用足量的CO在高溫下還原等質(zhì)量該混合物，能得到多少克鐵？

【解析】本題若按常規(guī)方法求解，不僅繁瑣、復(fù)雜，而且難度也較大。若采用逆向思維求解，則可簡潔而巧妙地得出正確的結(jié)論。加鹽酸后，鐵、氯元素恰好形成FeCl 2，其中Cl－為0.1 mol，則Fe2+ 為0.05 mol，用足量的CO還原等質(zhì)量的該混合物能得到鐵的質(zhì)量為：0.05 mol × 56 g · mol－1= 2.8 g。

【點(diǎn)評】通過巧妙地運(yùn)用逆向思維，使得原來看上去難度極大不容易入手的問題簡捷、快速獲解。給人以“妙手回春”之感。

【例5】 a ?g銅與含 b ?g硝酸的溶液恰好完全反應(yīng)，若 a ： ?b ?= 4 ： 10，則反應(yīng)中被還原硝酸的質(zhì)量為（? ）

A. ?b ?g

B.b2 g____

C. 3 b4g

D.b4g

【解析】本題考查銅與不同濃度的硝酸作用時(shí)，被還原的HNO 3的量的計(jì)算。因?yàn)殂~與硝酸反應(yīng)，硝酸的濃度不同，其還原產(chǎn)物也不同（可能為NO 2，也可能為NO）。本題中并未指明硝酸的濃度，這樣參加反應(yīng)的銅與被還原的硝酸之間的關(guān)系就不能通過反應(yīng)方程式來確定。為此可將參加反應(yīng)的HNO 3分成兩部分，即被還原的和未被還原的HNO 3（起酸性作用）。

習(xí)慣正向思維的同學(xué)首先想到：由硝酸的還原產(chǎn)物NO 2和NO來推算被還原硝酸的質(zhì)量，但不知道硝酸的濃度等必要條件，結(jié)果陷入讓“人離水”的困境。此時(shí)不妨進(jìn)行逆向思維，先求出未被還原硝酸的質(zhì)量，即顯酸性的硝酸，便可迅速得出答案，這正是讓“水離人”的奇功再現(xiàn)。

參加反應(yīng)的銅為a64mol，則未被還原的硝酸為（2 ×a64mol），質(zhì)量為（2 ×6364 a ） ?g ，那么被還原的硝酸應(yīng)為（ b ? 2 ×6364 a ）g，因?yàn)?a ?： ?b =4 ： 10.5，被還原硝酸的質(zhì)量= b ??g ? 顯酸性硝酸的質(zhì)量= b ?g 2×63a64 ?g =b? ?g -2×63×4 b 64×10.5 ?g = b 4 g ，因此本題應(yīng)選D。

【點(diǎn)評】巧妙地運(yùn)用逆向思維，不僅極大地降低了解題的難度，而且使得解題過程更為簡捷、巧妙。讓人“贊不絕口”。

五、整體思維

對有些化學(xué)題若“條分縷析”，試圖“各個(gè)擊破”，常常會(huì)使思維過程陷入繁瑣的境地，還常常會(huì)遇阻，甚至是停滯。反之，若采用“整體思考”的方法，則可統(tǒng)攝變化的全過程，不僅可以迅速找到解題的切入點(diǎn)，而且會(huì)使解題思路變得順暢、簡捷、靈活多樣。

【例6】由NO、NH 3、O 2組成的混合氣體22.4 L，通過稀H 2SO 4充分吸收后，溶液質(zhì)量增加26.7 g，氣體體積縮小至4.48 L（體積均指標(biāo)準(zhǔn)狀況），剩余氣體能使帶火星的木條復(fù)燃。求原混氣體的平均相對分子質(zhì)量。

【解析】許多同學(xué)們一看到混合物計(jì)算問題，馬上就會(huì)想到設(shè)未知數(shù)，寫化學(xué)方程式，列方程組。這樣雖然也能求出答案，但求解過程常常很繁瑣。若根據(jù)平均相對分子質(zhì)量在數(shù)值上與平均摩爾質(zhì)量（g · mol－1）相等，從整體上研究混合氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量，可一步到位。

由題意知剩余氣體為O 2，則22.4 L原混合氣體的質(zhì)量為：

m =26.7 g +4.48L22.4L·mol－1×32g·mol－1= 33.1 g。

即混合氣體平均相對分子質(zhì)量為33.1 g。

【點(diǎn)評】靈活地運(yùn)用“整體思維”，既優(yōu)化了解題過程，又提高了思維的靈活性與創(chuàng)造性，可謂是“一舉多得”。

六、極端思維

極端思維是把研究對象或過程變化通過假設(shè)成理想的極端值，再將極端情況與實(shí)際情況進(jìn)行對比，分析偏差發(fā)生的原因，進(jìn)而作出合理的判斷。

【例7】一定質(zhì)量的氧化鎂和氧化鈣的混合物，剛好與10倍其質(zhì)量的鹽酸反應(yīng)，試求鹽酸溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

【解析】以極端思想為指導(dǎo)，將問題看成由氧化鎂、氧化鈣分別與10倍其質(zhì)量的鹽酸反應(yīng)，再設(shè)未知數(shù)進(jìn)行求解，則會(huì)顯得比較容易。

（1）設(shè)氧化鎂與10倍其質(zhì)量的鹽酸剛好完全反應(yīng)，設(shè)MgO的質(zhì)量為 a ，并設(shè)鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 x ，則有

MgO + 2HClMgCl 2 + H 2O

40?? 73

a ???10 a · x

x ?=73×a40×10a= 0.1825

（2）若氧化鈣與10倍其質(zhì)量的鹽酸剛好完全反應(yīng)，設(shè)CaO質(zhì)量為 b ，并設(shè)鹽酸溶液溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 y ，則有

CaO + 2HClCaCl 2 + H 2O

56 ??73

b____10 b · y

y ?=73× b 56×10b= 0.1304

故鹽酸溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13.04% ～ 18.25%之間。

【點(diǎn)評】乍一看本題的求解難度比較大，不容易入手。但通過巧妙地運(yùn)用“極端思維”的方法，不僅有效地降低了解題的難度，而且使得解題過程清晰、簡捷、易懂，讓人叫絕。

七、求異思維

這種思維的精髓是突破傳統(tǒng)的做法，從而使得問題的解決更簡捷、更具挑戰(zhàn)性。有利于提高我們的創(chuàng)造性思維。

【例8】短周期內(nèi)的兩種元素可以形成原子個(gè)數(shù)比為2 ： 3的化合物，這兩種元素的原子序數(shù)之差不可能是（? ）

A. 1____B. 3??? C. 5____D. 6

【解析】有些同學(xué)考慮本題時(shí)，往往著眼于規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，誤認(rèn)為這兩種元素一定分別處于IIIA和VIA族，即應(yīng)形成Al 2O 3、B 2O 3、Al 2S 3等物質(zhì)，這兩種元素的原子序數(shù)之差可以是5或3，卻忽視了另一種特殊化合物N 2O 3的存在，故應(yīng)選D。

【點(diǎn)評】通過巧妙地運(yùn)用求異思維，不僅有效地避免了錯(cuò)解的發(fā)生，而且使得解題過程非常簡捷，不失為一種好的解題方法，值得借鑒。

八、類比思維

類比是一種從一般到特殊，或由特殊到一般的推理，是比較思維對象之間的某些方面相同或相似的一種思維過程。在類比思維過程中，要注重思維的敏捷性和嚴(yán)密性，要認(rèn)真、仔細(xì)地找出思維對象之間的細(xì)微差異，進(jìn)行比較、推理，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，解決問題。

【例9】碘化磷（PH 4I）是一種白色晶體，根據(jù)你所學(xué)過的知識(shí)，判斷下列關(guān)于PH 4I的描述正確的是（? ）

A.它是離子晶體，高溫不分解

B. 它的水溶液呈酸性

C.它能與強(qiáng)堿反應(yīng)放出PH 3

D. 它不能與氯水反應(yīng)

【解析】PH 4I這種物質(zhì)同學(xué)們沒有學(xué)過，但聯(lián)想、類比N與P，Cl與I均為同主族元素，則PH 4I與NH 4Cl的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)應(yīng)該是相似的，進(jìn)而可推知選項(xiàng)B、C正確。

【點(diǎn)評】運(yùn)用“聯(lián)想”的思維方法，既提高了我們思維的廣闊性，又提高了我們分析問題的能力和解決問題的技巧，一舉多得，令人叫絕。

九、邏輯思維

邏輯思維的特點(diǎn)是對舊有的知識(shí)進(jìn)行符合邏輯的推導(dǎo)和深化，從而獲得新知的認(rèn)識(shí)事物的思維方式。在邏輯思維過程中，要注重思維的深刻性，透過復(fù)雜的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，深入思考，掌握規(guī)律，解決問題。

【例10】“金剛烷”的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。其中小黑點(diǎn)表示碳原子，每個(gè)碳原子都是4價(jià)，氫原子沒有畫出，圖中∠CCC =∠HCH =∠CCH = 109.5°。請回答下列問題：

（1）寫出金剛烷的化學(xué)式??? ；

（2）圖中共有??? 個(gè)六碳原子環(huán)，有??? 個(gè)碳原子被三個(gè)環(huán)公用；

（3）它的一氯取代物共有??? 種同分異構(gòu)體；

（4）它的二氯取代物共有??? 種同分異構(gòu)體。

【解析】要正確地解答本題，必須細(xì)致地觀察金剛烷的結(jié)構(gòu)示意圖，然后由表及里、由淺入深一個(gè)一個(gè)進(jìn)行解答。由結(jié)構(gòu)示意圖可以推出它的化學(xué)式為C 10H 16，每個(gè)分子里有4個(gè)六碳原子組成的環(huán)，而且有4個(gè)碳原子是3個(gè)環(huán)共用的。若要正確回答

后兩個(gè)問題，應(yīng)運(yùn)用邏輯思維推理，推出分子里的10個(gè)碳原子可分為兩類，一類為CH

（即3個(gè)環(huán)共用的碳原子），有4個(gè)；另一類為—CH 2—（即兩個(gè)環(huán)共用的碳原子），有6個(gè)。進(jìn)而推出該有機(jī)物的一氯取代物有2種，二氯取代物有6種。

【點(diǎn)評】通過對“金剛烷”的結(jié)構(gòu)示意的認(rèn)真觀察和分析，運(yùn)用“邏輯思維”的方法，不僅極大地降低了解題的難度，而且使得解題過程簡捷、明了，既易于理解，又利用掌握和運(yùn)用，不禁讓人“拍手叫好”。

十、有序思維

它是順著一定的線索有條不紊地進(jìn)行思考，按部就班地進(jìn)行分析，由此及彼地進(jìn)行推理。在解題時(shí)，應(yīng)從題意入手，縷出條理，使分析有序，解決問題有據(jù)。這種思維方法能有效地防止遺漏和重復(fù)的發(fā)生，從而迅速地找出正確的解題途徑。

【例11】現(xiàn)有Fe、Cu組成的合金，其中Cu、Fe的總物質(zhì)的量為 a ?mol，Cu的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為 x ；研成粉末后全部投入含 b ?mol HNO 3的稀溶液中，微熱使其充分反應(yīng)，且硝酸的還原產(chǎn)物只有NO，試回答下列問題：

（1）用微粒符號(hào)填寫下列空白（列舉出全部可能的情況）；

（2）當(dāng)溶液中金屬離子只有Fe2+、Cu2+時(shí)，則 b 的取值范圍是（用 a 、 x 表示）??? ；

（3）當(dāng) x ?= 0.5且溶液中Fe3+與Fe2+的物質(zhì)的量相等時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下共產(chǎn)生672 mL氣體，求 a 、 b 的值。

【解析】（1）按照有序思維，假設(shè)HNO 3的量逐漸增加，因Fe比Cu活潑，故會(huì)優(yōu)先反應(yīng)，且Fe3+不能與Cu、或Fe、或Cu和Fe共存于溶液中，據(jù)此可依次確定殘留固體的成分及溶液中的金屬離子。其分別為①Fe、Cu；Fe2+ ②Cu；Fe2+ ③Cu；Fe2+、Cu2+ ④無；Fe2+、Cu2+ ⑤無；Fe2+、Fe3+、Cu2+ ⑥無；Fe3+、Cu2+。

（2）3Cu + 8HNO 33Cu（NO 3） 2+2NO↑+4H 2O

ax ???8ax3

3Fe + 8HNO 33Fe（NO 3） 2+ 2NO↑+ 4H 2O

a （1- x ） 8a（1 - x）3

Fe恰好反應(yīng)且生成Fe2+ 時(shí)，消耗硝酸的量為 n ?（HNO 3） =8a（1－x）3，F(xiàn)e、Cu全部反應(yīng)且生成Fe2+、Cu2+時(shí)消耗硝酸總量為 n ?（HNO 3） =8ax3+8a（1－x）3=8a3，故此時(shí)8a（1－x）3< ?b ?<8a3。

（3）由電子守恒0.5 a ?× 2 + 0.25 a ?× 3 + 0.25 a ?× 2 =67222400× 3，解得 a ?= 0.0 4（mol）。

由硝酸中的NO－ 3守恒得： b = n ?[Fe（NO 3） 2] × 2 + ?n ?[Fe（NO 3） 3] × 3 + ?n ?[Cu（NO 3） 2] × 2 + ?n ?（NO） = 0.04 × 0.25 × 2 + 0.04 × 0.25 × 3 + 0.04 × 0.5 × 2 +67222400= 0.12（mol）。

【點(diǎn)評】上述解題過程靈活地運(yùn)用了“有序思維”，使得解題過程脈絡(luò)清晰，條理性強(qiáng)，給人一種“水到渠成”的美好享受。

十一、等效思維

它是指從相同的效果出發(fā)，對所研究的對象設(shè)計(jì)出特定的模型，為解題帶來方便。如許多化學(xué)平衡問題，可通過構(gòu)造一個(gè)圖形和平衡移動(dòng)過程從而得以解決。

【例12】在體積不變的密閉容器中充入1 mol NH 3，建立平衡2NH 33H 2 + N 2，此時(shí)測得NH 3的分解率為 x %。若在其它條件不變時(shí)，再充入1 mol NH 3，待建立新的平衡后，又測得NH 3的分解率為 y %，則 x 和 y 的正確關(guān)系為（? ?）

A. x ?> ?y ??B. ?x ?< ?y ??C. x = y ??D. ?x ?≥ ?y

【解析】若想通過定量計(jì)算確定本題的答案，則會(huì)感到很困難。若能夠根據(jù)題意，結(jié)合化學(xué)平衡原理，構(gòu)造出變化的示意圖，則可把定量計(jì)算等效轉(zhuǎn)化為定性討論，從而使解題難度大大地降低。

從圖示中不難看出，狀態(tài)I與狀態(tài)III等效，NH 3的分解率相同，狀態(tài)III至狀態(tài)II是壓縮過程，致使平衡逆向移動(dòng)，NH 3的分解率低，故 y ?< ?x 。故應(yīng)選A。

【點(diǎn)評】運(yùn)用“等效思維”將定量計(jì)算轉(zhuǎn)化為定性分析，不僅極大地降低了解題難度，而且有利于提高我們思維的靈活性和創(chuàng)造性，不失為一種好的解題方法。

責(zé)任編輯 ?李平安