幾道高一化學(xué)競(jìng)賽試題的思維方法

古田一中胡嘉謀

【題1】2008年北京市高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽試題(高一)第八題（共10分）

Ag⁺和Cl^-反應(yīng)，每次反應(yīng)生成的AgCl均有10%見(jiàn)光分解成單質(zhì)Ag和Cl₂。Cl₂又可在水溶液中歧化生成HClO₃和HCl。形成的Cl^-與剩余的Ag⁺作用生成AgCl，…。這樣循環(huán)往復(fù)直到反應(yīng)完全。

(1)請(qǐng)寫(xiě)出上述各步反應(yīng)的化學(xué)方程式。(5分)

(2)現(xiàn)有含1.1mol·L^-1的NaCl溶液，加入足量的AgNO₃溶液，最后反應(yīng)可生成多少克Ag和AgCl的混合物，若溶液為1L，則H⁺濃度為多少？(5分)

【思路點(diǎn)撥之一】化學(xué)方程式是化學(xué)中的一種特殊語(yǔ)言，蘊(yùn)含著許多信息，既有定性關(guān)系又有定量關(guān)系，是解決化學(xué)問(wèn)題的重要條件，許多競(jìng)賽題可以借助化學(xué)方程式直接解題。此題(1)問(wèn)，依題意直接正確書(shū)寫(xiě)有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。而(2)問(wèn)解題關(guān)鍵在于10%AgCl見(jiàn)光分解形成的Ag和AgCl的混合物是個(gè)循環(huán)過(guò)程，無(wú)法按照循環(huán)往復(fù)計(jì)算，要用整體思維的方法將AgCl分解的循環(huán)過(guò)程看作一個(gè)整體，利用(1)問(wèn)書(shū)寫(xiě)的方程式疊加得到一個(gè)總反應(yīng)式，然后依據(jù)總反應(yīng)式中的定量關(guān)系分別計(jì)算混合固體的質(zhì)量和溶液中的H⁺濃度。

【思路點(diǎn)撥之二】化學(xué)式中的定量組成或物質(zhì)變化過(guò)程中的微粒守恒往往是解決化學(xué)問(wèn)題的突破口，許多競(jìng)賽題可以借助化學(xué)式定量關(guān)系或微粒守恒關(guān)系通過(guò)轉(zhuǎn)換思維轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型直接解題。此題題設(shè)的化學(xué)反應(yīng)無(wú)論怎樣進(jìn)行產(chǎn)物最終結(jié)果是反應(yīng)完全且得到混合固體AgCl和Ag，可知每次反應(yīng)生成的AgCl均有10%見(jiàn)光分解形成Ag，故混合固體中的AgCl和Ag的物質(zhì)的量之比必定滿足n(AgCl)∶n(Ag)=9∶1，根據(jù)Cl₂在水溶液中歧化生成HClO₃、HCl和電子守恒，可知HClO₃和HCl的物質(zhì)的量之比必定滿足n(HCl)∶n(HClO₃)=5∶1，有了以上比例關(guān)系，再由Cl原子守恒列恒等式可求出各量，從而求得混合固體的質(zhì)量。

【解】(1)Ag⁺+Cl^-==AgCl↓，2AgCl2Ag+Cl₂，

3Cl₂+3H₂O==5HCl+HClO₃

(2)方法一：有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為①AgNO₃+NaCl==AgCl↓+NaNO₃，②2AgCl==2Ag+Cl₂，③3Cl₂+3H₂O==5HCl+HClO₃；依據(jù)循環(huán)反應(yīng)原理知Cl₂完全反應(yīng)，故②式的Cl₂要乘以3倍與③式的Cl₂消去，又有根據(jù)10%AgCl見(jiàn)光分解形成的Ag和AgCl，①式的AgCl要乘以60倍與②式的6AgCl消去，這樣，可得總反應(yīng)式：

60AgNO₃+55NaCl+3H₂O==6Ag+54AgCl+HClO₃+55NaNO₃+5HNO₃

由此式中的定量關(guān)系可分別求得：n(Ag)=1.1mol×6/55=0.12mol，n(AgCl)=1.1mol×54/55=1.08mol，n(H⁺)=1.1mol×6/55=0.12mol，故m(Ag+AgCl)=0.12mol×108g·mol^-1+1.08mol×143.5g·mol^-1=167.9g，c(H⁺)=0.12mol·L^-1。

方法二：根據(jù)n(AgCl)∶n(Ag)=9∶1，設(shè)AgCl的物質(zhì)的量為9xmol，Ag的為xmol，則AgCl分解產(chǎn)生的物質(zhì)的量Cl₂的為x/2mol；根據(jù)n(HCl)∶n(HClO₃)=5∶1，知n(HClO₃)=x/6mol；根據(jù)Cl原子守恒，知9x+x/6=1.1，可求得x=0.12；9x=1.08，故m(Ag+ AgCl)=0.12mol×108g·mol^-1+1.08mol×143.5 g·mol^-1=167.9g。

【題2】2009年北京市高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽試題(高一)第10題(10分)

在真空中將CuO和硫粉混合加熱可生成S₂O和固體A，1molCuO反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)為1mol。

(1)寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2分)

(2)若將S₂Cl₂與CuO加熱，在100～400℃時(shí)，也能生成S₂O，試寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2分)

(3)S₂O在NaOH溶液中發(fā)生兩種歧化反應(yīng)，生成S^2－、S₂O₄^2－、SO₃^2－，請(qǐng)寫(xiě)出這兩種歧化反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式。(4分)

(4)S₂O也能在水中發(fā)生歧化反應(yīng)，生成兩種酸(兩種酸酸性都不強(qiáng))，試寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2分)

【思路點(diǎn)撥】在正確書(shū)寫(xiě)競(jìng)賽題中的新化學(xué)方程式時(shí)，常用類(lèi)比思維的方法，即自覺(jué)將所接觸的新物質(zhì)、新問(wèn)題進(jìn)行歸類(lèi)比較，根據(jù)同類(lèi)物質(zhì)的性質(zhì)及遞變規(guī)律來(lái)認(rèn)識(shí)新物質(zhì)，找出物質(zhì)變化遵循的共同規(guī)律，利用“已知規(guī)律”模仿同類(lèi)問(wèn)題的處理方法去解決“未知信息”。(1)問(wèn)反應(yīng)的化學(xué)方程式可以類(lèi)比氧化還原反應(yīng)規(guī)律來(lái)解決，CuO是氧化劑，還原劑S被氧化生成S₂O，1molCuO反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)為1mol，說(shuō)明Cu元素從+2價(jià)變?yōu)?1價(jià)，還原產(chǎn)物固體A必是Cu₂O。(2)問(wèn)反應(yīng)的化學(xué)方程式可以類(lèi)比復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律來(lái)解決，S₂Cl₂生成S₂O沒(méi)有發(fā)生元素化合價(jià)變化，顯然CuO只能通過(guò)交換成分生成CuCl₂。(3)問(wèn)或(4)問(wèn)反應(yīng)是S₂O分別在NaOH溶液中、水中發(fā)生歧化反應(yīng)，故有關(guān)反應(yīng)可以類(lèi)比歧化反應(yīng)規(guī)律來(lái)解決，(3)問(wèn)中兩種歧化反應(yīng)分別為S₂O與NaOH生成硫元素價(jià)態(tài)一高一低的產(chǎn)物S^2－與S₂O₄^2－以及S^2－與SO₃^2－，類(lèi)比Cl₂與NaOH反應(yīng)可寫(xiě)出配平的離子方程式。(4)問(wèn)中S₂O與水的歧化反應(yīng)，生成兩種酸性都不強(qiáng)的酸，就不可能強(qiáng)酸H₂SO₄與中強(qiáng)酸H₂SO₃，依信息只能是H₂S與H₂S₂O₄兩種酸，類(lèi)比Cl₂與H₂O反應(yīng)可寫(xiě)出配平的化學(xué)方程式。

【答案】(1)2CuO+2SS₂O+Cu₂O

(2)S₂Cl₂+CuOS₂O+CuCl₂

(3)5S₂O+14OH^－==4S^2－+3S₂O₄^2－+7H₂O，

2S₂O+8OH^－==2S^2－+2SO₃^2－+4H₂O

(4)5S₂O+7H₂O==4H₂S+3H₂S₂O₄

【題3】2010年北京市高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽試題(高一)第6題(9分)

現(xiàn)有一份可能是由等物質(zhì)的量的Fe、Al、Cu、Mg、Na₂SO₄、BaCO₃、MgCl₂中幾種組成的固體混合物，對(duì)于此混合物做如下試驗(yàn)。

(1)混合物中肯定存在的是___________；肯定不存在的是____。(3分)

(2)與生成沉淀(I)有關(guān)的離子方程式為：___________。(2分)

(3)向溶液(I)中加入足量的AgNO₃后，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：____________。(2分)

(4)如溶液(III)的體積為0.20L，則使溶液(III)顯藍(lán)色的溶質(zhì)的最大濃度為_(kāi)________mol·L^-1。(2分)

【思路點(diǎn)撥】這是一道既有定性分析又有定量計(jì)算的框圖推斷題，是高中化學(xué)競(jìng)賽中的常見(jiàn)題型。解答思維方法常用正向思維和逆向思維，要根據(jù)已知條件通過(guò)猜測(cè)、驗(yàn)證以及嚴(yán)密的邏輯推理得到正確結(jié)果。題設(shè)等物質(zhì)的量的七種可能物質(zhì)，加足量鹽酸得到沉淀(I)，結(jié)合(2)問(wèn)信息“生成沉淀(I)”正向思維：必是溶于鹽酸的BaCO₃轉(zhuǎn)化為不溶于鹽酸的BaSO₄沉淀以及可能存在不溶于鹽酸的Cu，逆向思維：原混合物中可能含有BaCO₃、Na₂SO₄或Cu；正向思

維：加足量鹽酸產(chǎn)生的氣體1568ml(0.07mol)，通過(guò)足量的NaOH溶液后還剩余氣體1120ml(0.05mol)，說(shuō)明混合氣體中一定含有CO₂和H₂，逆向思維：原混合物中含有0.02mol的BaCO₃以及Fe、Al、Mg等金屬中的若干種；正向思維：溶液(I)中加入足量的AgNO₃，肯定與過(guò)量的鹽酸反應(yīng)生成沉淀(Ⅱ)AgCl和HNO₃

，逆向思維：由于此過(guò)程又有氣體生成，說(shuō)明生成的HNO₃要與還原性物質(zhì)反應(yīng)生成低價(jià)態(tài)的氮的氧化物，故溶液(I)中含有生成的FeCl₂，則原混合物中一定含有Fe；正向思維：溶液(Ⅲ)顯藍(lán)色，必含Cu²⁺離子，逆向思維：沉淀(I)中一定有Cu，且分別與過(guò)量AgNO₃溶液和生成Fe(NO₃)₃溶液在攪拌微熱條件下發(fā)生完全反應(yīng)，顯然要生成0.02molCu²⁺離子，白色沉淀(Ⅲ)為Ag；正向思維：0.05mol的H₂由0.02molFe生成0.02mol，余下0.03molH₂恰好由0.02molAl生成，推知原混合物中一定含有Al，不可能含有Mg。

【答案】(1)Fe、Al、Cu、Na₂SO₄、BaCO₃；Mg

(2)BaCO₃+SO₄^2－+2H⁺==BaSO₄↓+H₂O+CO₂↑

(3) AgNO₃+HCl==AgCl↓+HNO₃

3Fe(NO₃)₂+4HNO₃==3Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O

(4 )0.10mol·L^-1

【題4】2011年北京市高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽試題(高一)第1題(3)小題(3分)P₄S₃的結(jié)構(gòu)研究表明，該分子中沒(méi)有不飽和鍵，且各原子的最外層均達(dá)到了8電子結(jié)構(gòu)。在該分子中含有的共價(jià)鍵個(gè)數(shù)是()

A．7個(gè)B．8個(gè)C．9個(gè)D．10個(gè)

【思路點(diǎn)撥】這是一道考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)的選擇題，由于不了解P₄S₃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給解題帶來(lái)不便，這在競(jìng)賽題中是很常見(jiàn)的。可以利用直覺(jué)思維的方法，即未經(jīng)充分邏輯推理的直觀性思維，用跳躍方式經(jīng)合理的猜測(cè)和設(shè)想后取捷徑解題。依題意只知P₄S₃中的各原子均為單鍵形式，可猜測(cè)P₄S₃類(lèi)似于P₄分子結(jié)構(gòu)有6個(gè)P―P共價(jià)鍵，由于S原子最外層均達(dá)到8電子結(jié)構(gòu)，則每個(gè)S原子必有2個(gè)鍵，這樣，可猜測(cè)由3個(gè)S原子嵌入P₄分子結(jié)構(gòu)中而成，即結(jié)合成P―S―P的共價(jià)鍵，故3個(gè)S原子增加3個(gè)鍵，共有9個(gè)鍵，選項(xiàng)C正確。

【答案】C

【題5】2012年北京市高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽試題(高一)第1題(4)小題(5分，略有改編)NaH是離子化合物，與H₂O反應(yīng)，有氣體生成，現(xiàn)有NaH與Al粉的混合物m g投入足量水中，生成n gH₂。則原混合物中Al粉的最大質(zhì)量可能為()

A．(36n–3m)g B．(m–24/5 n)g

C．(2n–m)g D．(24m–5n)g

【思路點(diǎn)撥】題設(shè)“原混合物中Al粉的最大質(zhì)量可能為多少”是個(gè)暗示，此題很有可能不是單選題，這類(lèi)競(jìng)賽題往往要求應(yīng)用發(fā)散思維的方法解題，即從不同方向去思索尋求多樣性的思維過(guò)程，注意求異創(chuàng)新，善用此法，有利于全方位析題、解題。mgNaH與Al粉的混合物投入足量水中沒(méi)有強(qiáng)調(diào)完全溶解，就有可能有三種情況：一是NaH與Al粉在水中恰好完全反應(yīng)，二是過(guò)量的NaH產(chǎn)生的NaOH將Al粉完全溶解，三是不足量的NaH產(chǎn)生的NaOH不能將Al粉完全溶解。此題所涉及的化學(xué)方程式為：NaH+H₂O==NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+ 2H₂O==

2NaAlO₂+3H₂↑，這是解題的定量依據(jù)，借此可利用聯(lián)立方程解題。設(shè)NaH的物質(zhì)的量為xmol，Al的物質(zhì)的量為ymol，第一種和第二兩種情況NaH與Al粉均是完全溶解，可列式：24x+27y=m，x+3/2y=n/2，解得y=(12n–m)/9，即m(Al)=(36n–3m)g，選項(xiàng)A正確；第三種情況Al粉未完全溶解，可列式：24x+27y=m，x+3/2x=n/2，解得y=( m–24/5 n)/27，即m(Al)= (m–24/5 n)g，選項(xiàng)B正確。

【答案】AB

【感悟】參加高中化學(xué)競(jìng)賽的同學(xué)，既要注重基礎(chǔ)知識(shí)的落實(shí)，更要重視思維品質(zhì)的訓(xùn)練和能力的培養(yǎng)，尤其要全面掌握發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思維方法，全面培養(yǎng)綜合素質(zhì)，力爭(zhēng)在競(jìng)賽中取得好成績(jī)。

2012-08-13

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