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  [组图]构造思维模型解决化学试题         ★★★ 【字体:
构造思维模型解决化学试题
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:2520    更新时间:2011-12-28    
  在分析和解决化学问题时,根据需要与可能,合理想象,巧妙构造出适合题意的各种模型,使隐含信息直观化,抽象信息具体化,复杂信息简单化,可有利于问题的顺利解决。

  一、构造化学方程式

  【例】过量的某金属和HNO3反应时溶解掉的金属和HNO3的物质的量之比为2:5,已知HNO3被还原为N2O。该金属可能是(  )

  (A)Zn   (B)Cu   (C)Al   (D)Fe

  解析:设该金属为M,其化合价为+x,则依题给信息可构造出该金属与HNO3反应的化学方程式“模型”:

  4M+10HNO3=4M(NO3)x+N2O↑+5H2O

  由得失电子守恒法得

  4x=2××4

  x=2

  化合价为+2的有Zn、Cu、Fe(过量时),其中的Cu的还原性最弱,不可能将HNO3还原成N2O。应选(A)(D)。

  二、构造热化学反应方程式

  【例】已知胆矾溶于水时溶液的温度降低,室温下将1mol无水CuSO4制成溶液时放出的热量为Q1kJ,又知胆矾分解的热化学方程式为

  CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)-Q2kJ

   Q1、Q2的关系为(  )

  (A)Q1<Q2   (B)Q1>Q2   (C)Q1=Q2   (D)无法确定

  解析:由题给信息并经类比可构造一个1molCuSO4溶于水的热化学方程式:

  CuSO4(s)+H2O(l)→CuSO4(aq)+Q1

与题给胆矾分解的热化学方程式相加得

  CuSO4·5H2O(s)+ H2O(l)→CuSO4(aq)+(Q1-Q2)

  因已知胆矾溶于水时溶液的温度降低,故知上述反应为吸热反应,即Q1-Q2<0,Q1<Q2。应选(A)。

  三、构造新化学式

  【例】 取3.320g只含羧基,不含其它官能团的固态芳香族羧酸置于4.00LO2中,经点燃羧酸完全燃烧,反应后气体的体积增加了0.224L。将所得气体通过足量的Na2O2固体后,体积减少了0.792L(所有气体均在标况下测定)。

  (1)3.320g该羧酸中碳原子的物质的量为______。

  (2)请列式计算3.320g该羧酸中氢、氧原子的物质的量:H_____mol,O______mol。

  (3)该羧酸中C、H、O的原子数之比为_____。

  (4)写出符合上述条件的相对分子质量最小的芳香族羧酸的结构简式。

  解析:因该羧酸完全燃烧后气体的体积增大,故可将该羧酸化学式构造为(H2O)x(CO2)yCz的形式,气体体积增大的数值就是式中(CO2)y全部变为CO2时的体积。

  (1)由化学反应方程式

  2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2得V(CO2)=1.792L×2=3.584L

  n(C)=n(CO2)=

  (2)m(CO2)=0.1600mol×44g·mol-1=7.040g

  V(CO2)=3.584L-0.224L=3.360L

  m(O2)=

  由“羧酸+O2→CO2+H2O”即按质量守恒定律得

  m(H2O)=3.320g+4.800g-7.040g=1.080g

  n(H)=2n(H2O)=

  羧酸中氧元素的质量和物质的量分别是

  m(O)=3.320g-12g·mol-1×0.1600mol-1g·mol-1×0.1200mol=1.280g

  n(O)=

  (3)羧酸中C、H、O原子个数之比为

  N(C):N(H):N(O)=0.1600mol:0.1200mol:0.0800mol=4:3:2

  (4)该羧酸可表示为C4nH3nO2n(n∈N;n>6),相对分子质量最小的羧酸的分子式为C8H6O2(n=2),可以为邻(或间或对)苯二甲酸。

  四、构造直观模型

  【例】钼有一种含氧酸根[MoxOy]z-,式中x、y、z都是正整数,Mo呈+6价,O呈-2价,可按下面的步骤来理解该含氧酸根的结构:

  ①所有Mo原子的配位数都是6,形成[MoO6]n-,呈正八面体,称为“小八面体”;

  ②6个“小八面体”共棱可连结构成一“超八面体”;

  ③“孪超八面体”可由两个“超八面体”共用2个小八面体形成。

  (1)小八面体的化学式[MoO6]n-中的n=_____。

  (2)超八面体的化学式是_____。

  (3)孪超八面体的化学式是______。

  解析:(1)根据分子中正负化合价代数和为零即可求得n值。

  (2)(3)对超八面体和孪超八面体进行重新构造,即用平面通过每个顶点进行平行切割,将抽象的立体结构转化成简单的点线结构,可使问题变得直观明了,如下图所示,化学式分别为[Mo6O19]2-、[Mo10O28]4+

  五、构造空间结构

  【例】有机物分子中,最多有几个碳原子一定在同一平面内?最多有几个碳原子在同一直线上?

  解析:题给有机物的结构简式并不表示该分子的空间结构,必须根据分子中所含的官能团对其空间结构加以重新构造。

  把给定的分子分为三个部分,以“2”为中心部分。“1”的结构和乙烯相似,平面形,其中4个碳原子均在同一平面内;“2”的结构和苯相似,为平面形,其中8个碳原子均在同一平面内;“3”的结构和乙炔相似,为直线型,其中4个碳原子均在同一直线上。

  “1”和“2”两个平面中只有2个原子共有,不一定共面;两部分中碳原子不一定都在一个平面内。而“3”与“2”也有两个原子重合,“3”的直线在“2”的平面内。

  六、构造数学模型

  【例】求证:离子半径比()的最小值为0.732时,AB型离子化合物的晶格才属CsCl型。

  解析:为求的离子半径,需构造数学模型,而模型的建立要根据CsCl的晶体结构,并做如下考虑:

  (1)阴、阳离子的配位数为8;

  (2)阴、阳离子(假定是刚性的球)尽量接近(假定刚性球彼此相切,才可将阴、阳离子的距离看成是两离子半径之和),使引力最大;

  (3)相同电荷离子间尽量离开,使斥力最小,这样按图取一截面即可构造如图所示的数学模型,并按此模型进行证明。

  ·Cs+  。Cl-

  设正方形的边长为a,阴、阳离子的核间距为d,d=r++r-,a≥2r-,则据图可得b2=2a2,c2=b2+a2=3a2,即c=a。因c=2d,a≥2r-,故

  2d≥×2r-,d=r++r-r-

  +1≥-1=0.732

  即至少等于0.732时AB型离子化合物的晶格才属CsCl型。

  七、构造函数图象

  【例】等质量的钠、镁、铝ag分别与200mL浓度为5mol·L-1的盐酸反应,试确定a的取值范围不同时三种金属与盐酸反应产生H2的关系。

  解析:为了更形象直观,可构造函数图象来解答此题。

  在盐酸中,

  n(HCL)=500mol·L-1×0.2L=1mol

  盐酸物质的量恒定。而产生的H2的量将随着加入的金属的量(一定数值范围内)的变化而变化,其中的钠与镁、铝不同,当1molHCL完全消耗时钠还可以跟溶液中的水反应,继续放出H2,直到完全溶解,而镁、铝则不反应了,没有盐酸,反应便停止了,也就不能再产生H2。根据以下关系式:

  Mg→2HCl→H2

  12g 1mol 0.5mol

  2Al→6HCl→3H2

  9g 1mol 0.5mol

  2Na→2HCl→H2

  23g 1mol 0.5mol

以加入金属的质量为横坐标,产生H2的物质的量为纵坐标可构造出下图。

  从图中可知:

  (1)当a<12g时,产生H2的量是Al>Mg>Na[如a=9g时,m(A)>m(B)>m(C)]。

  (2)当12g≤a<23g时,产生H2的量是Al=Mg>Na。

  (3)当a=23g时,产生H2的量是Al=Mg=Na(此时盐酸与Na恰好完全反应,而Al、Mg过量)。

  (4)当a>23g时,产生H2的量是Na>Al=Mg(此时Al、Mg两种金属过量,分别跟1molHCl反应,生成0.5molH2,而Na跟盐酸反应后多余的Na仍然跟H2O继续反应,放出H2最多)。

  综上所述,用构造法解化学综合题,不仅方法新颖独特,富有创造性,而且饶有趣味,是培养创新能力的一种有效方法


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