一 信息简约策略
对某些信息密集的化学问题而言,文字叙述往往显得繁杂,特别是其中一些无关信息的干扰与设陷,解题者难以准确把握问题之关键或误入歧途。因此,一种值得推荐的策略是:面对复杂问题,首先要大刀阔斧地削去可能屏蔽思维的一些枝节内容,从而在认知结构中清晰地呈现出问题的主干,使
① 汪安圣:思维心理学,华东师范大学出版社 1992 年版,第 108—111 页。
② 王序昆等:国际化学奥林匹克竞赛辅导讲座,上海科技出版社 1990 年版,第 171—172 页。
① 韩家勋:高考化学考试目标刍议,化学教育,1992 年第 6 期,第 2 页。
② 吴国庆:国际中学生化学奥林匹克竞赛,湖南教育出版社 1988 年版,第 57 页。
复杂的表述简明化,明确问题的始态(已知条件)、终点(待求结论)和节点(可能遇到的障碍)。
问题 1:
(1990 年 NChO)钼是我国丰产元素,探明储量居世界之首。钼有广泛用途。例如白炽灯里支撑钨丝的就是钼丝;钼钢在高温下仍有高强度, 用以制作火箭发动机、核反应堆等。钼是固氮酶活性中心元素,施钼肥可明显提高豆科植物产量,等等。
辉钼矿(MoS2)是最重要的钼矿,它在 130℃、2O2650Pa 氧压下
跟苛性碱溶液反应时,钼便以MoO2− 型体进入溶液。
-
在上述反应中硫也氧化而进入溶液,试写出上述配平的反应方程式。
-
在密闭容器里用硝酸来分解辉钼矿,氧化过程的条件为 150—250
℃、1114575—1823850Pa 氧压。反应结果钼以钼酸形态沉淀,而硝酸的实际消耗量很低(相当于催化剂作用),为什么?试通过化学方程式(配平)来解释。
上述问题长达 25O 余字,其中第一段提供了有关钼用途方面的诸多信息,仅作参考,与所求的反应并无直接的关系,如将精力集中于此,则入歧途。题中的数据也仅揭示一点:反应在一定温度和高氧压条件(O2 可能参与反应)下进行。为此,简化题意是认知加工的第一步:
写出方程式,解释下列过程(要求配平)。
-
在氧气充足条件下,MoS2 溶于苛性碱溶液,硫同时也被氧化进入溶液;
-
在氧气充足条件下,MoS2
溶于稀硝酸形成钼酸沉淀,但硝酸的实际消耗量很少。
显而易见,对问题进行简约加工,界定了反应物和反应条件,使问题解
决的“重心”移至生成物的待定和反应方程式的配平上,从而明确解题方向,
推理更具有针对性:充足的氧将MoS
中的硫元素氧化成SO2− 进入溶液;
稀硝酸还原得到的 NO 继而又被氧气氧化成 NO2,在溶液中 NO2 迅速转化为 NO 和 HNO3,反复循环⋯⋯循此思路,问题便迎刃而解。
当问题涉及多个过程、不同操作和一系列数据时,可按一定的逻辑顺序将化学反应的进程、条件、各级产物及数量关系用框图表示出来,一些附属的、次要的信息得以简化,一些无关的信息随之弃去。这样,问题演化的脉络十分清晰,有助于解题者把握问题的关键。
问题 2:
(23 届 IChO 预备题)某种型号的化学分析器是根据 SO2 与 Br2 的定量反应来测定空气中二氧化硫含量的。上述的溴来自一个装满酸性
(H2SO4)KBr 溶液的电解槽的阳极氧化反应。阴极室与阳极室是隔开的,
电解电流为 8.27×10-6A,同时保持恒定的溴浓度。空气经过机械除尘, 以 1.5×10-4m3/min 的流速吸进电解槽的阳极室。设被测定的空气中除SO2 之外不含有其他与 Br2 反应的气体。求空气中 SO2 的含量。
上述有关测定大气中 SO2 含量的实际问题情境涉及到多步变化,除化学变化 SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 和酸性 KBr 溶液的电解外,还有空气除尘、吸入电解槽等物理过程。如能将每分钟的变化用图示得以反映,则思维过程十
8.27×10−6 ×60 1
分简洁:每分钟通过电子n =
96500 mol,生成Br2 2 nmol(不考虑
1 n×64
电解损耗),可吸收纯的SO 1 nmol,即可推出x =
2 2
2
1.5×10−4
(g / m 3)。