一、化学计算的类型
中学化学计算技能的培养是结合在整个中学化学知识体系的教学中进行的,因此,化学计算内容在中学化学教材中是分散编排,并贯穿在整个教材的始终的。为了便于研究和掌握化学计算教学的规律性,便于根据课内外教学要求精选化学计算的习题,便于对学生进行系统的化学计算技能的培养, 人们常按化学计算的内容进行分类研究。就现行中学化学教科书中化学计算知识的内容及其内在联系来看,可分为如下四大类:
(一)有关化学量和化学式的计算
这一大类化学计算,主要有以下一些基本类型:
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根据分子式计算物质的分子量、摩尔质量;化合物中各组成元素的原子个数比、各组成元素质量比或质量百分比;化合物中各元素的百分含量、一定质量的结晶水合物里结晶水的百分含量等。
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已知一化合物中含某元素的质量,求这化合物的质量。
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单质或化合物的质量和摩尔质量、物质粒子数间的互相换算。
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某种气体体积与物质的量(nB)间的互相换算。
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在标准状况下,气体的质量和体积间的互相换算。
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利用同位素含量,求元素的平均原子量。
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求有机物的最简式。
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已知某气体的密度和元素百分含量求分子式。
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已知某物质的分子量和最简式,求分子式。
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根据化学反应,求某物质的分子式。
在这些化学计算中,“化学量”(原子量、分子量、摩尔质量、气体摩尔体积等)的计算是基础,摩尔质量是关键,化合物里各元素的百分含量和质量比的计算以及气态物质分子式的确定是重点。
有关化学量和化学式的计算是建立在全面、深刻理解原子量、最简式、分子式、分子量、摩尔质量和气体摩尔体积等概念的基础上的。这类计算的运算过程大多较为简单,计算公式的推导也较为容易。其主要意义在于培养学生准确、熟练地运用概念,要注意防止死记硬背公式。
(二)有关溶液的计算
这类化学计算主要包括以下一些基本类型:
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饱和溶液中溶质的量、溶剂的量、溶液的量以及溶解度之间的互算。
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有关溶解和结晶方面的计算。
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溶液浓度(百分比浓度、摩尔浓度)和溶质量、溶剂量之间的计算。
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各种溶液浓度之间的换算。
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溶解度与溶液浓度(百分比浓度、摩尔浓度等)之间的换算。
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有关溶液的稀释、混和和配制方面的计算。
有关溶液的计算,是围绕着溶解度和溶液浓度两个中心进行的。二者各自独立,而又在饱和溶液中联系起来。
在解答这类问题时,应当明确:溶解度的实质是指在一定温度下 100g 溶剂制成的饱和溶液中,溶解溶质量(g)的最大限额;溶液浓度是指一定量溶液(饱和的或非饱和的)里所含溶质的量,同一溶液的浓度可有不同的表示方式,其实质在于对溶质和溶液的计量方式不同(溶液的量可以是体积或质量,溶质的量可以是物质的量或质量等)。只要认清了溶液、溶剂和溶质之间的关系,从这点出发来分析题意,这类问题就不难解决。
(三)有关化学方程式的计算。
有关化学方程式的计算,主要有以下基本类型: 1.反应物和生成物均为纯净物的计算。
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反应物或生成物含有杂质的计算。
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计算混和原料中各反应物的百分含量。
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反应物之一过量的计算。
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反应物或生成物溶液浓度的计算。
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原料利用率和产品产率的计算。
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多步反应的计算。
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应用热化学方程式计算反应热。
有关化学方程式的计算,与前述两大类计算的关系密切,又是各大类计算的重点。它是以质量守恒定律为依据,按照已经配平的化学反应方程式来进行计算的。化学反应中有关各物质之间量的比例计算是这类计算的基本方法。它的关键是正确找出化学方程式中各物质之间量的关系。在中学化学教学中,基本比例计算方法是从“质量比”开始,进而“物质的量(nB)之比”、“气体体积比(特定条件下)”逐步展开的。并在解题思路和书写格式上也体现出相应的变化。在教学工作中必须注意促进学生一步步地适应这种学习上的发展。
其它如“杂质”、“过量”、“混和原料”、“利用率和产率”、“多步反应”和“反应热”的计算等,都是附加在上述基本计算的基础上的。
(四)有关平衡常数的计算
这类化学计算,有如下几种基本类型:
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关于化学平衡常数、起始浓度、平衡时浓度、转化率等的计算。
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关于电离常数和电离度的计算。
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关于氢离子浓度、氢氧根离子浓度和 pH 值的计算。
这类计算,实际上也与有关化学方程式的计算和溶液的计算密切相关。但由于在概念的理解上有新的难度和计算方式上有新的特点,故单独列为一类。
在这类计算中,有关化学平衡常数的计算是基础;电离常数计算是平衡常数计算的具体应用,电离度实际是电离平衡中的转化率。有关 pH 值的计算,主要目的是从“量”的角度了解 pH 值的含义。不要求学生掌握比较复杂的溶液体系的 pH 值的推算方法。
以上概括了中学化学计算的基本类型。此外,还有一些综合题,它们是由上述基本类型衍变而来的。