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几道高一化学竞赛试题的思维方法
发表时间:2013年09月18日 浏览数:

【题1】 2008年北京市高中学生化学竞赛试题(高一)第八题(共10分)

Ag+和Cl-反应,每次反应生成的AgCl均有10%见光分解成单质Ag和Cl2。Cl2又可在水溶液中歧化生成HClO3和HCl。形成的Cl-与剩余的Ag+ 作用生成AgCl,…。这样循环往复直到反应完全。

(1)请写出上述各步反应的化学方程式。(5分)

(2)现有含1.1mol·L-1的NaCl溶液,加入足量的AgNO3溶液,最后反应可生成多少克Ag和AgCl的混合物,若溶液为1L,则H+ 浓度为多少?(5分)

【思路点拨之一】化学方程式是化学中的一种特殊语言,蕴含着许多信息,既有定性关系又有定量关系,是解决化学问题的重要条件,许多竞赛题可以借助化学方程式直接解题。此题(1)问,依题意直接正确书写有关反应的化学方程式。而(2)问解题关键在于10%AgCl见光分解形成的Ag和AgCl的混合物是个循环过程,无法按照循环往复计算,要用整体思维的方法将AgCl分解的循环过程看作一个整体,利用(1)问书写的方程式叠加得到一个总反应式,然后依据总反应式中的定量关系分别计算混合固体的质量和溶液中的H+ 浓度。

【思路点拨之二】化学式中的定量组成或物质变化过程中的微粒守恒往往是解决化学问题的突破口,许多竞赛题可以借助化学式定量关系或微粒守恒关系通过转换思维转变为数学模型直接解题。此题题设的化学反应无论怎样进行产物最终结果是反应完全且得到混合固体AgCl和Ag,可知每次反应生成的AgCl均有10%见光分解形成Ag,故混合固体中的AgCl和Ag的物质的量之比必定满足n(AgCl)∶n(Ag)=9∶1,根据Cl2在水溶液中歧化生成HClO3、HCl和电子守恒,可知HClO3和HCl的物质的量之比必定满足n(HCl)∶n(HClO3)=5∶1,有了以上比例关系,再由Cl原子守恒列恒等式可求出各量,从而求得混合固体的质量。

【解】(1)Ag++Cl-==AgCl↓,2AgCl 2Ag+Cl2

3Cl2+3H2O==5HCl+HClO3

(2)方法一:有关反应的化学方程式为①AgNO3+NaCl==AgCl↓+NaNO3,②2AgCl==2Ag+Cl2,③3Cl2+3H2O ==5HCl+HClO3;依据循环反应原理知Cl2完全反应,故②式的Cl2要乘以3倍与③式的Cl2消去,又有根据10%AgCl见光分解形成的Ag和AgCl,①式的AgCl要乘以60倍与②式的6AgCl消去,这样,可得总反应式:

60AgNO3+55NaCl+3H2O==6Ag+54AgCl+HClO3+55NaNO3+5HNO3

由此式中的定量关系可分别求得:n(Ag)=1.1mol×6/55=0.12mol,n(AgCl)= 1.1mol×54 /55=1.08mol,n(H+)=1.1mol×6/55=0.12mol,故m(Ag+AgCl)= 0.12mol×108g·mol-1+1.08mol×143.5g·mol -1=167.9g,c(H+)=0.12 mol·L-1

方法二:根据n(AgCl)∶n(Ag)=9∶1,设AgCl的物质的量为9xmol,Ag的为xmol,则AgCl分解产生的物质的量Cl2的为x/2mol;根据n(HCl)∶n(HClO3)=5∶1,知n(HClO3)= x/6mol;根据Cl原子守恒,知9x+x/6=1.1,可求得x=0.12;9x=1.08,故m(Ag+ AgCl)=0.12 mol×108g·mol-1+1.08mol×143.5 g·mol -1=167.9g。

【题2】2009年北京市高中学生化学竞赛试题(高一)第10题(10分)

在真空中将CuO和硫粉混合加热可生成S2O和固体A,1mol CuO反应电子转移数为1mol。

(1)写出上述反应的化学方程式。(2分)

(2)若将S2Cl2与CuO加热,在100~400℃时,也能生成S2O,试写出该反应的化学方程式。(2分)

(3)S2O在NaOH溶液中发生两种歧化反应,生成S2、S2O42、SO32,请写出这两种歧化反应的离子反应方程式。(4分)

(4)S2O也能在水中发生歧化反应,生成两种酸(两种酸酸性都不强),试写出上述反应的化学方程式。(2分)

【思路点拨】在正确书写竞赛题中的新化学方程式时,常用类比思维的方法,即自觉将所接触的新物质、新问题进行归类比较,根据同类物质的性质及递变规律来认识新物质,找出物质变化遵循的共同规律,利用“已知规律” 模仿同类问题的处理方法去解决“未知信息”。(1)问反应的化学方程式可以类比氧化还原反应规律来解决,CuO是氧化剂,还原剂S被氧化生成S2O,1mol CuO反应电子转移数为1mol,说明Cu元素从+2价变为+1价,还原产物固体A必是Cu2O。(2)问反应的化学方程式可以类比复分解反应规律来解决,S2Cl2生成S2O没有发生元素化合价变化,显然CuO只能通过交换成分生成CuCl2。(3)问或(4)问反应是S2O分别在NaOH溶液中、水中发生歧化反应,故有关反应可以类比歧化反应规律来解决,(3)问中两种歧化反应分别为S2O与NaOH生成硫元素价态一高一低的产物S2与S2O42以及S2与SO32,类比Cl2与NaOH反应可写出配平的离子方程式。(4)问中S2O与水的歧化反应,生成两种酸性都不强的酸,就不可能强酸H2SO4与中强酸H2SO3,依信息只能是H2S与H2S2O4两种酸,类比Cl2与H2O反应可写出配平的化学方程式。

【答案】(1)2CuO+2S S2O+Cu2O

(2)S2Cl2+CuO S2O+CuCl2

(3)5S2O+14OH==4S2+3S2O42+7H2O,

2S2O+8OH==2S2+2SO32+4H2O

(4)5S2O+7H2O==4H2S+3H2S2O4

【题3】2010年北京市高中学生化学竞赛试题(高一)第6题(9 分)

现有一份可能是由等物质的量的Fe、Al、Cu、Mg、Na2SO4、BaCO3、MgCl2中几种组成的固体混合物,对于此混合物做如下试验。

(1)混合物中肯定存在的是___________;肯定不存在的是____。(3分)

(2)与生成沉淀(I)有关的离子方程式为:___________ 。(2分)

(3)向溶液(I)中加入足量的AgNO3后,发生反应的化学方程式是:____________ 。(2分)

(4)如溶液(III)的体积为0.20L,则使溶液(III)显蓝色的溶质的最大浓度为_________ mol·L-1。(2分)

【思路点拨】这是一道既有定性分析又有定量计算的框图推断题,是高中化学竞赛中的常见题型。解答思维方法常用正向思维和逆向思维,要根据已知条件通过猜测、验证以及严密的逻辑推理得到正确结果。题设等物质的量的七种可能物质,加足量盐酸得到沉淀(I),结合(2)问信息“生成沉淀(I)”正向思维:必是溶于盐酸的BaCO3转化为不溶于盐酸的BaSO4沉淀以及可能存在不溶于盐酸的Cu,逆向思维:原混合物中可能含有BaCO3、Na2SO4或Cu;正向思

维:加足量盐酸产生的气体1568ml(0.07mol),通过足量的NaOH溶液后还剩余气体1120ml(0.05mol),说明混合气体中一定含有CO2和H2,逆向思维:原混合物中含有0.02mol的 BaCO3以及Fe、Al、Mg等金属中的若干种;正向思维:溶液(I)中加入足量的AgNO3,肯定与过量的盐酸反应生成沉淀(Ⅱ) AgCl和HNO3

,逆向思维:由于此过程又有气体生成,说明生成的HNO3要与还原性物质反应生成低价态的氮的氧化物,故溶液(I)中含有生成的FeCl2,则原混合物中一定含有Fe;正向思维:溶液(Ⅲ)显蓝色,必含Cu2+离子,逆向思维:沉淀(I)中一定有Cu,且分别与过量AgNO3溶液和生成Fe(NO3)3溶液在搅拌微热条件下发生完全反应,显然要生成0.02molCu2+离子,白色沉淀(Ⅲ)为Ag;正向思维:0.05mol的H2由0.02molFe生成0.02mol,余下0.03molH2恰好由0.02molAl生成,推知原混合物中一定含有Al,不可能含有Mg。

【答案】(1) Fe、Al、Cu、Na2SO4、BaCO3; Mg

(2) BaCO3+SO42+2H+ ==BaSO4↓+H2O+CO2

(3) AgNO3+HCl==AgCl↓+HNO3

3Fe(NO3)2+4HNO3==3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

(4 )0.10 mol·L-1

【题4】 2011年北京市高中学生化学竞赛试题(高一)第1题(3)小题(3分) P4S3的结构研究表明,该分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均达到了8电子结构。在该分子中含有的共价键个数是(   )

A.7个 B.8个 C.9个 D.10个

【思路点拨】这是一道考查物质结构的选择题,由于不了解P4S3的内部结构,给解题带来不便,这在竞赛题中是很常见的。可以利用直觉思维的方法,即未经充分逻辑推理的直观性思维,用跳跃方式经合理的猜测和设想后取捷径解题。依题意只知P4S3中的各原子均为单键形式,可猜测P4S3类似于P4分子结构有6个P―P共价键,由于S原子最外层均达到8电子结构,则每个S原子必有2个键,这样,可猜测由3个S原子嵌入P4分子结构中而成,即结合成P―S―P的共价键,故3个S原子增加3个键,共有9个键,选项C正确。

【答案】C

【题5】 2012年北京市高中学生化学竞赛试题(高一)第1题(4)小题(5分,略有改编) NaH是离子化合物,与H2O反应,有气体生成,现有NaH与Al粉的混合物m g投入足量水中,生成n g H2。则原混合物中Al粉的最大质量可能为( )

A.(36n–3m)g B.(m–24/5 n)g

C.(2n–m)g D.(24 m–5n)g

【思路点拨】题设“原混合物中Al粉的最大质量可能为多少”是个暗示,此题很有可能不是单选题,这类竞赛题往往要求应用发散思维的方法解题,即从不同方向去思索寻求多样性的思维过程,注意求异创新,善用此法,有利于全方位析题、解题。m gNaH与Al粉的混合物投入足量水中没有强调完全溶解,就有可能有三种情况:一是NaH与Al粉在水中恰好完全反应,二是过量的NaH产生的NaOH将Al粉完全溶解,三是不足量的NaH产生的NaOH不能将Al粉完全溶解。此题所涉及的化学方程式为:NaH+H2O==NaOH+H2↑,2Al+ 2NaOH+ 2H2O==

2NaAlO2+3H2↑,这是解题的定量依据,借此可利用联立方程解题。设NaH的物质的量为xmol,Al的物质的量为ymol,第一种和第二两种情况NaH与Al粉均是完全溶解,可列式:24x+27y=m,x+3/2 y=n/2,解得y=(12n–m)/9,即m(Al)=(36n–3m)g,选项A正确;第三种情况Al粉未完全溶解,可列式:24x+27y=m,x+3/2 x=n/2,解得y=( m–24/5 n)/27,即m(Al)= (m–24/5 n)g,选项B正确。

【答案】AB

【感悟】参加高中化学竞赛的同学,既要注重基础知识的落实,更要重视思维品质的训练和能力的培养,尤其要全面掌握发现问题、分析问题和解决问题的思维方法,全面培养综合素质,力争在竞赛中取得好成绩。

 


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