摘要:文章比較系統(tǒng)地總結了科學假設的類型,在化學中的應用和技法。由于該法實用性強,方法巧妙,學生容易掌握,故有助于提高學生的學習興趣和學習能力,也有助于學生養(yǎng)成科學假設的良好習慣,對克服當前中學教學中廣泛采用的“題海戰(zhàn)術”也具有現實的指導意義。
關鍵詞:假設;類型;應用
科學假設法是一種創(chuàng)造性的思維活動,是科學研究的常用方法??茖W史上許多重大的發(fā)明創(chuàng)造都是建立在科學假設的基礎之上,經過科學家們的科學實驗、推理、演算得到證明,對人類社會的發(fā)展起到了巨大的推動作用。科學假設法在化學解題中同樣有效,如能熟練掌握各種假設方法,將會起到化繁為簡,化難為易,化抽象為具體的奇妙的作用,給人一種另辟蹊徑的感覺,它不但可以提高學生的解題速度和學習興趣,同時也對學生將來從事科學研究打下良好的基礎。以下結合實例談談科學假設法在化學解題中的應用。
一、極限假設
極限假設:就是把思路引向極限狀態(tài),來解決中間狀態(tài)的問題,從而使問題得到簡化,順利得出正確結論。
例1.在500毫升含有FeCl3、CuCl2的溶液中放入10克鐵粉,反應完全后過濾,所得固體干燥后質量為11克。濾液中加入0.3摩NaOH恰好使金屬離子完全沉淀,試求原溶液中FeCl3、CuCl2的物質的量的濃度。
技法點撥:解決本題的難點是判斷加入的10克鐵粉是否過量。運用極限假設。
從以上分析可知,極限假設可以把物質的混合狀態(tài)轉化為單一純凈物的特殊狀態(tài),從而化繁為簡,起到事半功倍的效果。
二、等效假設
等效假設:就是把復雜的混合物問題轉化成并不存在簡單明了的分子形式,但結果等效,從而使問題輕松得到解決。
在下列混合物的質量分數計算中,讀者可以體會到,如果不用等效假設,要得出正確答案幾乎是不可能完成的任務,由此可見等效假設在化學計算中的重要性。
例2.由MgO、MgSO4和MgHPO4組成的混合物中,鎂的質量分數為33%,求混合物中氧元素的質量分數。
技巧點撥:將混合物進行等效假設,分成MgO和SO3、(HPO3)兩組(其中HPO3等效于SO3),按Mg的質量分數和組分中Mg與O的質量比算出O和MgO的質量分數,進而求得另一組分的質量分數,再按其組內元素(組分)的質量比,求得該組分中O的質量分數。然后將兩個O的質量分數相加即可得出答案。過程如下:
第一步:分組。將混合物按其相對分子(原子)質量總和等效,分成兩大組分四小組分。
混合物中氧元素的質量分數為:22%+27%=49%
本題的技巧性強,分好混合物的組分,問題便可迎刃而解。
三、途徑假設
途徑假設:就是把復雜、不熟悉的化學變化過程假設成簡單、熟悉的途徑,從而使問題得到解決。
例3.有相同溫度(T=500K)相同體積的甲、乙兩容器,甲容器充入1克SO2和1克O2,乙容器充入2克SO2和2克O2,則分別達到平衡后,SO2轉化率哪個大?
技法點撥:由于乙中反應物濃度大,SO2的轉化率低;但乙中壓強大,SO2轉化率大。如果把該途徑假設為下列途徑,問題就不難解決了(其中Ⅱ態(tài)就等同于直接在V升的容器中,加入2克SO2和2克O2達到的平衡狀態(tài))。
甲: 設容器為V升
由于乙中I平衡態(tài)和甲的平衡態(tài)初始條件(溫度、壓強、濃度)均相同,故SO2%轉化率乙'與SO2%轉化率甲相等。而Ⅰ態(tài)變成Ⅱ態(tài)時,由于壓縮平衡向體積縮小的正反應方向移動,故SO2的轉化率增大,即SO2%轉化率乙> SO2%轉化率甲。
四、結果假設
結果假設:就是先假設結論成立,然后進行嚴格的分析推理,找到有悖于或有助于結論成立的條件,從而做出肯定或否定的判斷。
例4.將1體積選項中的氣體與10體積O2混合后,依次通過盛有足量濃NaOH的洗氣瓶和盛有足量灼熱銅屑的管子(假設反應都進行完全),最后得到的尾氣是:
(A)Cl2 (B)CO (C)CO2(D)N2
技法點撥:假設原氣體是Cl2或CO2,通過足量NaOH溶液后,均可被吸收,經過灼熱的銅屑,O2被吸收,故無尾氣產生,原氣體就不是Cl2或CO2。假設原氣體是CO,則通過足量的濃NaOH溶液時,氣體都未吸收,再通過足量灼熱的銅屑,必發(fā)生2Cu+O2 =2CuO,CuO+CO=Cu+CO2,故原氣體可能是CO,尾氣是CO2。假設原氣體是N2,N2和O2均不被堿吸收,而O2能跟灼熱銅屑反應,N2不反應,故原氣體可能是N2,尾氣也是N2。從上得答案為C、D。
五、參照量假設
參照量假設:就是選定變化范圍中某點的量為參照量,經比較、分析、推理,從而使問題簡化而解決。
例5.18.4克NaOH與NaHCO3的混合物,在密閉容器中加熱到280℃,經充分反應后排出氣體,冷卻后稱得剩余固體質量為16.6克,試計算原混合物中NaOH的質量分數。
技法點撥:發(fā)生的反應有:
① NaOH+NaHCO3=Na2CO3 +H2O↑
②2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑
確定有無反應②的發(fā)生是解題的關鍵。運用參照量假設,此處假設NaOH和NaHCO3恰好反應時固體的減少量為參照量,若實際減少量等于參照量,則符合假設關系;若實際減少量大于參照量,則NaHCO3過量;若實際減少量小于參照量,則NaOH過量。
加熱時發(fā)生①反應,由差量法先求NaHCO3質量,再求NaOH的質量分數即可。
參照量假設在作選擇題時,也可以起到很好的作用。
以上是科學假設法在化學中比較經典、獨特的應用,其實科學假設遠不止以上幾種,并且每種假設都有多種不同的使用方法。由于篇幅所限,不再一一例舉。教師不僅是知識的傳授者,更應該是學習方法的傳授者。“授之以魚,不如授之以漁?!弊寣W生做再多的題目,不如教會他們如何學習的方法。撰寫本篇論文,目的是幫助學生總結學習經驗、手法和技巧,把他們培養(yǎng)成具有獨立思考能力,具備融會貫通和創(chuàng)新意識的新型學生,養(yǎng)成科學假設的好習慣,使他們從題海中解脫出來,成為學習的主人,享受學習的樂趣。
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注:“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?!?/p>