物質(zhì)的量在化學(xué)計(jì)算題中的應(yīng)用探究

劉淼

摘 要：物質(zhì)的量是高中化學(xué)中的重要概念，在解答化學(xué)計(jì)算題中有著廣泛的應(yīng)用。為提高學(xué)生計(jì)算題的解題能力，促進(jìn)化學(xué)學(xué)習(xí)成績的有效提升，實(shí)踐中應(yīng)做好物質(zhì)的量基礎(chǔ)知識講解，使學(xué)生真正理解物質(zhì)的量表示的含義。同時(shí)，圍繞高中化學(xué)常見的計(jì)算題類型，講解使用物質(zhì)的量進(jìn)行計(jì)算的思路，為學(xué)生以后更好地解題提供可行參考。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)的量;化學(xué)計(jì)算題;應(yīng)用;探究

物質(zhì)的量是國際單位制中七個基本物理量之一，貫穿整個高中化學(xué)階段。物質(zhì)的量的概念并不難理解，但是要想靈活應(yīng)用于各類計(jì)算題中并非易事，因此，教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)基于學(xué)習(xí)者對物質(zhì)的量概念牢固掌握的基礎(chǔ)上，做好相關(guān)例題的篩選，為其展示運(yùn)用物質(zhì)的量破題的相關(guān)細(xì)節(jié)，使其在應(yīng)用中能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，提煉出題干中的有用信息，正確計(jì)算出相關(guān)參數(shù)。

一、用于解答氧化還原反應(yīng)計(jì)算題

氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要反應(yīng)類型。氧化還原反應(yīng)的知識點(diǎn)較多，習(xí)題類型靈活多變，其中有關(guān)氧化還原反應(yīng)的計(jì)算題是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，而且是高考中的常考方向。解答氧化還原反應(yīng)計(jì)算題的解體思路為：其一，針對已配平的化學(xué)反應(yīng)方程式，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的系數(shù)，以及物質(zhì)的量計(jì)算相關(guān)參數(shù);其二，針對化學(xué)反應(yīng)方程式未知運(yùn)用得失電子守恒知識，構(gòu)建與物質(zhì)的量相關(guān)的方程[1]。教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)生更好地厘清氧化還原反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)、電子轉(zhuǎn)移數(shù)目之間的關(guān)系，迅速突破相關(guān)的計(jì)算題目，一方面應(yīng)注重為學(xué)習(xí)者講解難度不大的例題，進(jìn)一步深化其對物質(zhì)的量本質(zhì)及作用的理解，增強(qiáng)其計(jì)算的自信心，另一方面，為更好地拓展學(xué)生的計(jì)算能力，應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際增加習(xí)題講解難度，做好進(jìn)階教學(xué)，尤其在授課的過程中做好與學(xué)生的課堂互動，激發(fā)其學(xué)習(xí)與思考的主動性，使其能夠在計(jì)算的過程中以物質(zhì)的量為線索巧妙切入。

例如：將0.04mol高錳酸鉀固體加熱發(fā)生分解反應(yīng)。一段時(shí)間后共產(chǎn)生氣體amol，向反應(yīng)殘留后的固體中加入足量濃鹽酸，又產(chǎn)生氣體bmol。若Mn元素在溶液中均以Mn2+的形式存在，求生成氣體的物質(zhì)的量的取值范圍。

通過審題可知習(xí)題涉及的反應(yīng)較多，分別是高錳酸鉀被加熱生成氧氣的反應(yīng)，高錳酸鉀、K2MnO4、MnO2和濃鹽酸生成氯氣的反應(yīng)，因此，題干中a、bmol氣體分別為O2和Cl2。氣體物質(zhì)的量也即兩種氣體物質(zhì)的量之和[2]。高錳酸鉀中Mn元素的化合價(jià)為+7價(jià)，而在溶液中Mn元素的化合價(jià)為+2價(jià)，因此，由電子守恒可知轉(zhuǎn)移的總電子數(shù)為0.2mol。要求生成氣體物質(zhì)的量的取值范圍，可知當(dāng)高錳酸鉀未分解時(shí)a為0，氣體的物質(zhì)的量最大值為0.1mol。當(dāng)高錳酸鉀全部分解生成O2，氣體物質(zhì)的量的最小值為0.08mol，因此，生成氣體物質(zhì)的量的取值范圍為0.08mol～0.1mol。

二、用于解答化學(xué)平衡計(jì)算題

有關(guān)化學(xué)平衡方面的計(jì)算是高中化學(xué)的難點(diǎn)。為提高解題正確率，需要學(xué)生深刻理解化學(xué)平衡的相關(guān)理論，把握可逆反應(yīng)的相關(guān)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上以物質(zhì)的量為主要研究對象，分析化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的量的變化關(guān)系，必要情況下，需要聯(lián)系所學(xué)的數(shù)學(xué)知識合理設(shè)出參數(shù)。因有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算題具有一定的技巧性，教學(xué)實(shí)踐中不但為學(xué)生認(rèn)真灌輸相關(guān)計(jì)算理論，而且為學(xué)生展示如何把握可逆反應(yīng)中物質(zhì)的量關(guān)系，以及具體的解題思路。同時(shí)，在完成相關(guān)習(xí)題講解后，要求其認(rèn)真回顧整個解題過程，總結(jié)考查的知識點(diǎn)，分析解題的切入點(diǎn)，以及解題的步驟[3]。通常情況下，解答化學(xué)平衡類的習(xí)題需要依據(jù)可逆反應(yīng)方程式，列出有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系的三段式，而后根據(jù)題干中給出的參數(shù)進(jìn)行針對性的計(jì)算。

例如：將5molA加入1L密閉容器中兩個可逆反應(yīng)：2molA分解成2molB和1molC，1molA分解成1molC和1molD。達(dá)到平衡時(shí)測得A和C的物質(zhì)的量濃度分別為2.5mol/L，2mol/L，求達(dá)到平衡時(shí)兩個反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，以及A的總轉(zhuǎn)化率。

該題主要考查化學(xué)平衡的相關(guān)理論，能很好地檢驗(yàn)學(xué)生對轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡常數(shù)概念的理解。因該題涉及兩個可逆反應(yīng)，而且給出了物質(zhì)A和C在平衡時(shí)的物質(zhì)的量濃度，因此，求解出兩個反應(yīng)在平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度是解題的關(guān)鍵所在。通過審題可知，可分別設(shè)出兩個可逆反應(yīng)中物質(zhì)A參加反應(yīng)的物質(zhì)的量，列出三段式構(gòu)建一元二次方程組，不難求解出反應(yīng)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量，以及物質(zhì)的量濃度，運(yùn)用轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算公式，可分別計(jì)算出化學(xué)平衡常數(shù)為0.32、1.2，以及A的總轉(zhuǎn)化率為50%。

三、用于解答電化學(xué)計(jì)算題

電化學(xué)在高中化學(xué)中占有重要地位。其中有關(guān)原電池與電解池相關(guān)的計(jì)算是各類測試，以及高考中的熱門考點(diǎn)。解答該類問題的關(guān)鍵在于能夠準(zhǔn)確地判斷出電極名稱，結(jié)合對應(yīng)電極下的離子種類，以及離子放電順序表寫出對應(yīng)電極反應(yīng)方程式，而后尋找相關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系，靈活運(yùn)用得失電子守恒知識作答[4]。實(shí)踐中為使學(xué)生更好地掌握運(yùn)用物質(zhì)的量解答相關(guān)習(xí)題的思路與方法，應(yīng)結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有針對性地篩選與講解相關(guān)習(xí)題，尤其使學(xué)生盡可能多地見到不同的習(xí)題情境，拓寬其視野，幫助其積累相關(guān)的解題經(jīng)驗(yàn)，包括如何審題、如何挖掘題干中的隱藏信息等。不僅如此，要求學(xué)生完成聽課后相關(guān)的討論活動，進(jìn)一步加深對電化學(xué)習(xí)題情境的印象與理解，避免在以后計(jì)算類似問題時(shí)走彎路。

例如：課堂上可為學(xué)生講解如下習(xí)題：使用石墨做電極電解0.1mol/L的NaCl溶液，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，相同條件下兩極收集到的氣體體積之比為4：3，則陰極產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量與陽極產(chǎn)生氣體物質(zhì)的量之比是多少？陽極產(chǎn)生氣體平均摩爾質(zhì)量是多少？

解題的關(guān)鍵在于認(rèn)真審題，注重隱含信息的挖掘，運(yùn)用所學(xué)的電化學(xué)知識進(jìn)行解答。根據(jù)題意以及電解知識可推斷出先電解NaCl溶液后電解NaOH溶液。電解NaCl溶液陰陽極的產(chǎn)物分別為氯氣和氫氣，且物質(zhì)的量相等。電解NaOH溶液時(shí)陰陽兩極的產(chǎn)物為氫氣和氧氣，物質(zhì)的量之比為2：1。在此基礎(chǔ)上設(shè)出生成的氣體物質(zhì)的量，結(jié)合兩極收集到的氣體體積之比為4：3，列出方程得出生成氣體之間的關(guān)系，不難得出陰極產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量與陽極產(chǎn)生氣體物質(zhì)的量之比是4：3，陽極產(chǎn)生的氣體為氯氣和氧氣，計(jì)算得出其平均摩爾質(zhì)量為58g/mol[5]。

四、用于解答反應(yīng)熱計(jì)算題

反應(yīng)熱是高中化學(xué)中的重要內(nèi)容。其中有關(guān)化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生遇到相關(guān)的計(jì)算類題目往往出錯。究其原因在于其對化學(xué)反應(yīng)熱概念的理解不夠深入，對反應(yīng)熱計(jì)算的步驟不夠清晰。為提高學(xué)生解答反應(yīng)熱計(jì)算題的能力，應(yīng)注重結(jié)合具體例題為學(xué)生深入講解相關(guān)概念，使其真正地吃透相關(guān)概念的內(nèi)涵[6]。掌握運(yùn)用物質(zhì)的量，以及蓋斯定律解答計(jì)算題的相關(guān)思路。不僅如此，為提高學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)的量解題的靈活性，應(yīng)注重圍繞教學(xué)內(nèi)容及時(shí)組織學(xué)生開展針對性的訓(xùn)練活動，鼓勵其進(jìn)行獨(dú)立思考，認(rèn)真動手計(jì)算，體會運(yùn)用物質(zhì)的量進(jìn)行反應(yīng)熱計(jì)算的整個過程，更好地把握計(jì)算細(xì)節(jié)，促進(jìn)其計(jì)算能力的有效提升。

例如：課堂上展示如下習(xí)題對學(xué)習(xí)者進(jìn)行訓(xùn)練：已知2mol氫氣和1mol氧氣反應(yīng)生成2mol液態(tài)水的反應(yīng)熱為-571.6kJ/mol，1mol甲烷和2mol氧氣生成1mol二氧化碳和2mol液態(tài)水的反應(yīng)熱為-890kL/mol。將標(biāo)況下112L的氫氣和甲烷混合氣體，完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，測得反應(yīng)放出熱量3695kJ。求原混合氣體的平均相對分子質(zhì)量。

該題將化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱計(jì)算與平均相對分子質(zhì)量聯(lián)系在一起。解答該題需要充分理解反應(yīng)熱的概念，掌握反應(yīng)熱的計(jì)算思路與方法。題干中給出了兩種混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)下的體積不難計(jì)算出混合氣體的物質(zhì)的量為5mol。結(jié)合給出的反應(yīng)方程式，分別設(shè)出氫氣和甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)其總物質(zhì)的量，以及反應(yīng)熱列出兩個方程式，可計(jì)算出氫氣和甲烷的物質(zhì)的量分別為1.25mol和3.75mol，在此基礎(chǔ)上不難計(jì)算出混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為12.5。

五、用于解答pH類計(jì)算題

計(jì)算溶液的pH值是高中化學(xué)中的常見計(jì)算題類型。該類問題常和鹽類的水解、酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)知識結(jié)合在一起，要求學(xué)生不僅能夠掌握相關(guān)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，而且需要考慮鹽類的水解對溶液pH值的影響[7]。解答該類問題的關(guān)鍵在于能夠清晰地掌握計(jì)算的思路，而后進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算，避免出現(xiàn)計(jì)算錯誤。教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)生更好地解答相關(guān)習(xí)題，應(yīng)告知學(xué)生搞清楚反應(yīng)中物質(zhì)的量關(guān)系的重要性，在此基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用相關(guān)的教學(xué)工具，如多媒體技術(shù)開展習(xí)題講解活動，更好地吸引學(xué)生的注意力。不僅如此，應(yīng)注重根據(jù)學(xué)生在課程上的表現(xiàn)及時(shí)給予學(xué)生以鼓勵與表揚(yáng)，進(jìn)一步提高其學(xué)習(xí)體驗(yàn)，以及課堂學(xué)習(xí)滿意度。

例如：在講解鹽類的水解知識后，可為學(xué)生講解如下例題：取25mL市售食醋（假設(shè)酸均為醋酸）于錐形瓶中，滴加2～3滴酚酞，在堿式滴定管中裝入0.2mol/L的NaOH溶液滴定至終點(diǎn)，重復(fù)三次，用去NaOH的體積分別為24.98mL、25.02mL、27.08mL。請分析如何計(jì)算滴定終點(diǎn)的pH值。

該題以酸堿中和滴定為背景要求學(xué)生計(jì)算溶液的pH值，考查酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、鹽類的水解、電力平衡常數(shù)等知識點(diǎn)，具有較強(qiáng)的綜合性。解答該題時(shí)需要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識排除誤差較大的數(shù)據(jù)，計(jì)算出醋酸的物質(zhì)的量濃度為0.2mol/L，根據(jù)酸堿綜合知識判斷最終的溶質(zhì)為CH3COONa，結(jié)合鹽類的水解知識不難計(jì)算出最終的pH值約為9。

六、用于解答有機(jī)物計(jì)算題

有機(jī)物是高中化學(xué)中非常重要的部分，涉及很多的概念與相關(guān)的反應(yīng)原理。相關(guān)習(xí)題在高中化學(xué)各類測試，以及高考中占有較高分值，其中有關(guān)有機(jī)物的計(jì)算具有一定難度，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的分析問題能力。教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)生掌握解答不同有機(jī)物計(jì)算題的思路，應(yīng)結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)做好有機(jī)物計(jì)算題類型的匯總，并結(jié)合教學(xué)進(jìn)度為學(xué)生注意講解相關(guān)例題，緊緊圍繞物質(zhì)的量這一重要概念，尋找參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，使其見到更多的習(xí)題類型，在以后的解題中能夠做到舉一反三[8]。需要注意的是與學(xué)生一起剖析計(jì)算思路后應(yīng)注重預(yù)留空白時(shí)間，鼓勵學(xué)生親自動手相關(guān)的計(jì)算，如此既能加深印象，又能避免眼高手低。

例如：教學(xué)實(shí)踐中與學(xué)生分析下題，并要求其詳細(xì)寫出計(jì)算過程：將3g某醛溶于水制成1L的溶液，取10ml和一定量的銀氨溶液充分反應(yīng)得到0.3gAg。請分析判斷該醛是甲醛、乙醛還是丙醛。

該題看似較為簡單卻考查了醛的相關(guān)性質(zhì)。解答該題需要基于物質(zhì)的量進(jìn)行分析判斷。解答該題可考慮使用假設(shè)法。若該醛為甲醛，則1mol甲醛發(fā)生銀鏡反應(yīng)可生成銀4mol，則10mL溶液中甲醛的物質(zhì)的量為0.001mol，最多能夠得到0.432g銀，若銀氨溶液不足，則能夠生成0.3gAg。若為乙醛則10mL溶液中乙醇的物質(zhì)的量約為6.82×10-4mol，則最多能夠生成0.15g的銀，因此不可能是乙醛，也不可能是丙醛，可能為甲醛。

結(jié)束語

綜上所述，計(jì)算題是高中化學(xué)中具有較高難度的一類題型。為提高學(xué)生解題的正確率，不僅需要其牢固掌握相關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理，而且需要掌握相關(guān)技巧。教學(xué)實(shí)踐中，為提高學(xué)生解答不同計(jì)算題的能力與水平，應(yīng)注重以下教學(xué)策略的應(yīng)用：

其一，夯實(shí)基礎(chǔ)。物質(zhì)的量是解答化學(xué)計(jì)算題非常重要的概念，學(xué)生對物質(zhì)的量概念的理解深度關(guān)系著解答計(jì)算題的正確率以及效率，因此，應(yīng)采取相關(guān)舉措使學(xué)生充分理解與掌握物質(zhì)的量這一重要概念。課堂上為學(xué)生認(rèn)真講解相關(guān)理論，尤其通過設(shè)計(jì)判斷題在課堂上與學(xué)生互動，營造活潑課堂氛圍，澄清其對物質(zhì)的量概念的認(rèn)識，糾正其理解上的誤區(qū)。其二，精講例題。為增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)的量解答化學(xué)計(jì)算題的意識，掌握運(yùn)用物質(zhì)的量解答高中化學(xué)不同計(jì)算題型的思路與方法，教學(xué)活動中應(yīng)精挑細(xì)選相關(guān)例題，向課堂要效率，通過經(jīng)典例題的講解，既鞏固學(xué)生所學(xué)基礎(chǔ)，又激活學(xué)生的思維，使其更好地把握計(jì)算的相關(guān)細(xì)節(jié)，以及注意事項(xiàng)。其三，開展訓(xùn)練。為增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)的量解答計(jì)算題的靈活性，教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重開展相關(guān)的訓(xùn)練活動，加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)原理認(rèn)識的同時(shí)，明確不同物質(zhì)的量在化學(xué)反應(yīng)中之間的邏輯關(guān)系，提高其運(yùn)用物質(zhì)的量解題的熟練程度。

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