所謂整體性思維是指注重對(duì)對(duì)象的整體性把握的思維傾向,要求縱覽全局,通盤(pán)考慮,防止“只見(jiàn)樹(shù)木,不見(jiàn)森林”,在化學(xué)解題中具有快速性、直接性、簡(jiǎn)約性、跳躍性和獨(dú)創(chuàng)性等特點(diǎn)。整體思維要求我們研究化學(xué)問(wèn)題時(shí),暫且避開(kāi)局部細(xì)節(jié)或單個(gè)因素的糾纏,將需要解決的問(wèn)題看作一個(gè)整體,通過(guò)研究問(wèn)題的整體形式或整體結(jié)構(gòu)作某種整體處理。最常見(jiàn)的一種整體思維方式在化學(xué)習(xí)題上的應(yīng)用是守恒法,主要包括:1. 質(zhì)量守恒;2. 原子、原子團(tuán)守恒;3. 物質(zhì)的量守恒;4. 電子轉(zhuǎn)移守恒;5. 電荷守恒等。
類一:在反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜,反應(yīng)步驟繁多甚至循環(huán)反應(yīng)中的應(yīng)用
對(duì)于此類反應(yīng),應(yīng)用整體思維,可以在理解題意的基礎(chǔ)上,忽略中間過(guò)程,中間產(chǎn)物,直接找出反應(yīng)物生成物之間的關(guān)系。
例1:將足量的O2,CH4,Na2O2密封于一容器中,用電火花引燃混合氣體.反應(yīng)結(jié)束后,若容器中壓強(qiáng)為零(1500C),且殘余物質(zhì)溶于水無(wú)氣體產(chǎn)生,則O2,CH4,Na2O2三種物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為 :.
評(píng)析:本題的反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜,且為循環(huán)反應(yīng),運(yùn)用反應(yīng)方程式疊加法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。若從整體上分析,則根據(jù)題意 反應(yīng)物和產(chǎn)物可判斷出所以:CH4+ O2+Na2O2—Na2CO3+NaOH,可用待定系數(shù)法進(jìn)行配平: 令CH4的系數(shù)為1由原子守恒配平。符合題意的混合物中O2,CH4,Na2O2三種物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1:2:6。
例2:Fe和Fe2O3的混和物共15克,加入稀H2SO4150ml,在標(biāo)況下放出H2為1.68升。Fe與Fe2O3均全部反應(yīng),經(jīng)檢驗(yàn)溶液中不存在Fe3+,為中和過(guò)量H2SO4,并使溶液中的Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2沉淀,用去3mol/l的NaOH溶液200ml,則該稀H2SO4溶液的物質(zhì)的量濃度為
A.2mol/l B.1mol/l C.1.5mol/l D.3mol/l
評(píng)析 本題數(shù)據(jù)繁多,涉及的反應(yīng)過(guò)程也很復(fù)雜。若從整體上分析,則不難發(fā)現(xiàn)H2SO4和NaOH最終全部轉(zhuǎn)化為Na2SO4,進(jìn)而得到n(H2SO4)=(1/2)n(NaOH)=(1/2)×3×0.2=0.3(mol),硫酸物質(zhì)的量濃度為0.3/0.15=2(mol/l),答案選A!
類二:在因素影響多重,局部細(xì)節(jié)繁多的分析題中的應(yīng)用
例3: 向CH3COOH溶液中滴加NaOH溶液,當(dāng)[CH3COO-]=[Na+]時(shí),溶液的pH值是多少?(常溫)
評(píng)析 CH3COOH溶液中存在CH3COOH CH3COO-+ H+,加入NaOH溶液后生成CH3COONa,又存在CH3COO-+ H2O CH3COOH+OH-,當(dāng)[CH3COO-]=[Na+]時(shí)上述兩個(gè)平衡哪個(gè)占優(yōu)勢(shì)?實(shí)在難以判斷。但若分析溶液的整體組成,則不難發(fā)現(xiàn)溶液中只存在 CH3COO-,OH-,Na+和H+。整個(gè)溶液呈電中性決定了它們有如下關(guān)系:
[CH3COO-]+[OH-]=[Na+]+[H+]
當(dāng)[CH3COO-]=[Na+]時(shí),自然有[H+]=[OH-],故溶液呈中性,pH值為7。
例4:在一定溫度下,由乙基環(huán)已烷、乙酸和甲酸甲酯組成的均勻混合蒸氣10g,在O2中完全燃燒后可得0.6mol CO2,求該混合蒸氣中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
解析:該混合物有C8H16、CH3COOH、HCOOCH3 3種分子,根據(jù)混合物分子組成的整體化,可將該混合物寫(xiě)成平均分子式(CH2)nO2,n(CH2)=n(CO2)=0.6mol,CH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:m(CH2)%= (0.6×14)/10 =84%,則氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-84%=16% !
類三:在推斷題中的應(yīng)用
例5: X、Y、Z是短周期元素的三種常見(jiàn)氧化物。X跟水反應(yīng)后可生成一種具有還原性的不穩(wěn)定的二元酸,該酸的化學(xué)式是__________;Y和X的組成元素相同,Y的化學(xué)式是________,1mol Z在加熱時(shí)跟水反應(yīng)的產(chǎn)物需要用6mol的氫氧化鈉才能完全中和,在一定條件下,Y可以跟非金屬單質(zhì)A反應(yīng)生成X和Z,單質(zhì)A是________。
解析:本題文字?jǐn)⑹鲚^長(zhǎng),信息較為松散,因此在做題時(shí),要認(rèn)真讀題,提取有效信息,然后對(duì)有效信息進(jìn)行整體思考。X、Y、Z都是氧化物,X跟水反應(yīng)后可生成一種具有還原性的不穩(wěn)定的二元酸,Y和X的組成元素相同,原子個(gè)數(shù)比不同,且Y能氧化非金屬單質(zhì)。如果你對(duì)、的性質(zhì)非常熟悉,很容易推出X為;具有還原性的不穩(wěn)定的二元酸為;Y為。再由Z在加熱時(shí)跟水反應(yīng)的產(chǎn)物可以和氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng),且Z和氫氧化鈉的計(jì)量關(guān)系為1:6,可推測(cè)出Z為,對(duì)應(yīng)的酸為,最后根據(jù)在一定條件下可以跟非金屬單質(zhì)A反應(yīng)生成,推出單質(zhì)A是磷。
從上述幾類不難看出,運(yùn)用整體思維的方法去解決化學(xué)問(wèn)題,往往可以跳過(guò)常規(guī)步驟,直取捷徑,優(yōu)化解題過(guò)程,提高解題效率。進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性、高度性和整體性,使之既有廣闊的視野又有把握全局的能力。
效果檢測(cè)
1、 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的aLH2和Cl2的混合氣體,經(jīng)光照充分反應(yīng)后,所得氣體恰好使溶液中bmolNaOH完全轉(zhuǎn)變?yōu)辂},a與b的關(guān)系不可能是
A.b= B.0 C. D.b≥
解析:由題意可知,發(fā)生的反應(yīng)為:
H2+Cl2=2HCl
NaOH+HCl=NaCl+ H2O
2NaOH+ Cl2= NaCl+ NaClO+H2O
于是,可得關(guān)系式:Cl2 2NaOH
22.4L 2mol
V(Cl2)L bmol
22.4:2=V(Cl2): bmol解之得V(Cl2)=11.2b
當(dāng)=1時(shí),有V(Cl2)=,進(jìn)而有11.2b=,知b=成立;
當(dāng)>1時(shí),有2)< a,進(jìn)而有<11.2b,知成立;
當(dāng)<1時(shí),有02) <,進(jìn)而有0<11.2b<,知0成立。
故a與b的關(guān)系不可能是D
2、200℃時(shí),11.6gCO2和H2O的混合氣體與足量的Na2O2充分反應(yīng)后,固體增重3.6g,則原混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是
A. 5.8 B.21.6 C.23.2 D.46.4
解析:由題意可知,發(fā)生的反應(yīng)為:
2CO2+ 2Na2O2= 2Na2CO3+ O2↑
2H2O+ 2Na2O2=4NaOH+ O2↑
于是,可得關(guān)系式:2(混合氣體) O2
2mol 32g
n(混合氣體)mol (11.6-3.6)g
2:32= n(混合氣體): (11.6-3.6)
解之得n(混合氣體)=0.5
故M(混合氣體)=23.2,選C
3、在25℃,101KPa條件下,將15LO2通入10 LCO和H2的混合氣體中,使其完全燃燒,干燥后,恢復(fù)到來(lái)的溫度和壓強(qiáng)。
(1)若剩余氣體的體積是15L,則原CO和H2的混合氣體中:
V(CO)= ,V(H2)= 。LL
(2)若剩余氣體的體積是aL,則原CO和H2的混合氣體中:
V(CO): V(H2)= 。
(3)若剩余氣體的體積是aL,則a的取值范圍是: 。
解析:由題意可知發(fā)生的反應(yīng)為:
2CO+O2 2CO2
2H2+H2 2H2O
于是可得關(guān)系式:2(CO和H2) O2
2L 1L
10L V(耗O2)= 5L
∵原V(O2)=15L
∴V(剩O2)=15-5=10L
(1)若剩余氣體的體積是15L,其中應(yīng)該有10L是O2,還有5L氣體只可能是CO2,故V(CO)= V(CO2)=5L,又原混合氣體為10L,故V(H2)=10-5=5(L)。
(2)若剩余氣體的體積是aL,其中應(yīng)該有10L是O2,還有(a-10)L氣體只可能是CO2,故V(CO)= V(CO2)=(a-10) (L);
又原混合氣體為10L,故V(H2)=10-(a-10)= (20-a)(L);
可知V(CO):V(H2)=
(3)若剩余氣體的體積是aL,(2)中已求出V(CO) = (a-10)L,V(H2)= (20-a) L,因原氣體為混合氣體,故有0或0< V(H2)= (20-a)<10解之得0<a<20