陳藝君

(江蘇省揚(yáng)州南師大第二附屬高級(jí)中學(xué) 211400)

1 高中化學(xué)的常用解題方法

1.1 守恒法

在高中化學(xué)學(xué)科中經(jīng)常出現(xiàn)守恒這個(gè)詞匯，作為化學(xué)的核心思想，守恒也是高中學(xué)生最主要的解題方法和策略.守恒主要包括原子守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒等.一般情況來說，在化學(xué)計(jì)算中多用質(zhì)量守恒，因?yàn)榛瘜W(xué)變化前后具有相同的總質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒還能夠幫助學(xué)生驗(yàn)證解題結(jié)果是否正確；在復(fù)雜的化學(xué)方程式計(jì)算、連步反應(yīng)計(jì)算以及有機(jī)物分子組成計(jì)算中多用原子守恒；電子守恒則多用于氧化還原反應(yīng)中.

1.2 化學(xué)方程式法

在分析和計(jì)算化學(xué)題時(shí)，化學(xué)方程式可以讓復(fù)雜的題目簡單化，因此高中生必須對(duì)化學(xué)方程式進(jìn)行熟練掌握.在化學(xué)學(xué)科中有很多問題都涉及到化合反應(yīng)和分解反應(yīng)，所以高中生可以利用化學(xué)方程式掌握其中一種關(guān)系，再結(jié)合題意設(shè)置未知數(shù)，利用化學(xué)方程式設(shè)置方程組，這也是高中化學(xué)最常用的解題策略之一.

2 高中化學(xué)解題技巧分析

例題1(2020年廣東高考化學(xué)改編)H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛.

(1)某小組擬在同濃度Fe3+的催化下，探究H2O2濃度對(duì)H2O2分解反應(yīng)速率的影響.限選試劑與儀器：30%的H2O2、0.1 mol/L的Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導(dǎo)管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器.

①寫出本實(shí)驗(yàn)H2O2的分解反應(yīng)化學(xué)方程式，并標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目____.

②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：在不同H2O2濃度下，測定____.(要求所測得的數(shù)據(jù)能直接體現(xiàn)反應(yīng)速率大小).

③參照表1格式，擬定實(shí)驗(yàn)表格，完整體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)用字母表示).

表1

(2)利用圖1和圖2中的信息，按圖3裝置(連接的A、B瓶中已充有NO2氣體)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的____(填“深”或“淺”)，其原因是____.

圖1 圖2

圖3

試題解析(1)①先寫出H2O2在Fe3+的催化下分解的化學(xué)方程式，在根據(jù)電子得出情況用雙線橋法標(biāo)出.

②收集相同體積的氧氣所需時(shí)間或者相同時(shí)間所收集氧氣的體積.

③解法一：不同濃度的H2O2分解在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出的氣體體積.

V[0.1 mol·L-1Fe(SO4)3]/mL30% H2O2/mL蒸餾水/mL時(shí)間/s記錄氣體體積/mL1a2b0c2abbc

解法二：不同濃度的H2O2分解產(chǎn)生的相同氣體的體積所需要的時(shí)間.

V[0.1 mol·L-1Fe(SO4)3]/mL30% H2O2/mL蒸餾水/mL時(shí)間/s記錄氣體體積/mL1a2b0d2abbd

(2)答案為深.原因是2NO2(紅棕色)與N2O4(無色)之間的反應(yīng)，ΔH<0是放熱反應(yīng)，且雙氧水的分解反應(yīng)也是放熱反應(yīng).當(dāng)右邊雙氧水分解時(shí)放出的熱量會(huì)使B瓶升溫，使瓶中反應(yīng)朝逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成NO2移動(dòng)，故B瓶顏色更深.

這道高考題的主要目的是考察學(xué)生的主觀表達(dá)能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，對(duì)學(xué)生理論掌握和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力要求較高.這也說明高中學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)時(shí)必須要回歸教材，能夠?qū)A(chǔ)知識(shí)進(jìn)行深刻把握并透徹理解，對(duì)于教材中所演示的實(shí)驗(yàn)也要要求學(xué)生進(jìn)行自主探究，強(qiáng)化他們的實(shí)踐動(dòng)手能力和思考能力.

例題2(2019年全國卷第27題節(jié)選)環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵Fe(C5H5)2，后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中.二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖4所示，其中電解液為溶解有浪化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑).

圖4

請(qǐng)同學(xué)們回答：該電解池的陽極為____，總反應(yīng)為電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因是____.

答案分別為：

Fe電極；因?yàn)榛瘜W(xué)方程式為

水會(huì)阻礙中間物Na的生成；水會(huì)電解生成OH-進(jìn)一步與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2.

電解必須在無水條件下進(jìn)行，因?yàn)橹虚g產(chǎn)物Na會(huì)與水反應(yīng)生成NaOH和H2，F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合生成Fe(OH)2.此題需要學(xué)生根據(jù)得失電子判斷電解池兩極，再根據(jù)題中信息找準(zhǔn)反應(yīng)物與產(chǎn)物，最后配平電極反應(yīng)式.

總結(jié)：本題所主要考察的就是電極反應(yīng)式的書寫，學(xué)生一定要明確電解池具有陰極和陽極兩個(gè)電極，陽極在反應(yīng)過程中失去電子、陰極在反應(yīng)過程中得到電子，然后需要結(jié)合題干信息確定電極反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物.此時(shí)可以用到質(zhì)量守恒和電荷守恒定律，也就是在電極反應(yīng)式兩端的原子個(gè)數(shù)和電荷數(shù)量必須相等，以此來驗(yàn)證反應(yīng)式是否正確.

例題3(2019年全國卷第13題)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池，結(jié)構(gòu)如圖5所示.電池反應(yīng)為

圖5

ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)

下列說法錯(cuò)誤的是( ).

A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高

B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為

C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為

D.放電過程中OH-通過隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

答案:D.

解析根據(jù)題目中提示“利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn)”可知，三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高，所以A正確；充電相當(dāng)于是電解池，陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)式可知陽極是Ni(OH)2失去電子轉(zhuǎn)化為NiOOH，電極反應(yīng)式為

NiOOH(s)+H2O(l)

B正確；放電時(shí)相當(dāng)于是原電池，負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，Zn作負(fù)極反應(yīng)生成ZnO，根據(jù)總反應(yīng)式可知負(fù)極的極反應(yīng)式為

C正確；放電時(shí)，負(fù)極上失電子，電子通過導(dǎo)線到達(dá)正極，溶液中OH-陰離子通過隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，故D錯(cuò)誤.

總結(jié)：這道高考題主要考察學(xué)生對(duì)原電池和電解池工作原理的掌握，原電池的負(fù)極失電子，電子通過導(dǎo)線到達(dá)正極，形成電流.而在電解質(zhì)溶液中，離子的定向移動(dòng)形成電流，陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)；電解池的陽極失電子，電子通過導(dǎo)線到達(dá)陰極，形成電流，在電解質(zhì)溶液中，陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng).

綜上所述，在高中化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中，有很多高效的學(xué)習(xí)方法和解題技巧，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行總結(jié)，但是這必須以高中生能夠?qū)瘜W(xué)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行扎實(shí)掌握為基礎(chǔ)，只有高中學(xué)生做到對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解和記憶，才能夠在解題過程中做到知識(shí)的靈活運(yùn)用，才能幫助學(xué)生擁有更加清晰的解題思路，明確題目的考察意圖，最終不斷提高解題速度和解題正確率.