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类比思想巧解元素化合物竞赛试题

 
来源:现代物理知识 栏目:期刊导读 时间:2021-04-01
 
类比思想是一种重要的科学思想,很多伟大的科学发现都得益于这种思想。例如,化学史上合成的第一种稀有气体元素化合物六氟合铂酸氙(XePtF6),就是应用类比思想的产物。英国化学家巴特莱特将PtF6蒸气和O2反应,合成了一种新的深红色固体O2PtF6后,他发现Xe的第一电离能和O2类似(O2的第一电离能是1175.7 kJ/mol,Xe的第一电离能是1175.57 kJ/mol)。这意味着既然PtF6能氧化O2,应该也可以氧化Xe,形成氙的化合物。巴特莱特在低温条件下缓慢将Xe和PtF6混合,反应生成了一种橘黄色的固体,那就是六氟合铂酸氙(XePtF6),世界上第一种稀有气体元素化合物。 化学竞赛中涉及元素化合物的知识点很多,有一些对同学们来说很陌生,同学们在解题时往往因此而受阻。《全国高中学生化学竞赛基本要求》中明确指出,竞赛中补充的内容是中学化学内容的自然生长点。那么如何让陌生的元素化合物知识成为我们的“自然生长点”呢?其实,巧妙地运用类比思想,找到陌生内容与已学过的知识的相似之处,然后再通过知识的迁移,即可顺利解决问题。以下试举几例。 例1 用化学方程式分别表示下列变化。 (1)CS2与Na2S溶液一起振荡,溶液由无色变成有色:________________。 (2)P2S5与Na2S反应:_________________________________。 (3)Na2S2溶于足量稀盐酸中,产生浅黄色沉淀,并放出气体:____________。 解析 本题要充分应用类比思想。氧和硫、氧化物和硫化物具有相似性,据此可将题目中所要求写的陌生的化学方程式转化为我们熟悉的反应。 ( 1)CS2与Na2S溶液的反应可与CO2和Na2O的反应:CO2+Na2O=Na2CO3进行类比,故有:CS2+Na2S=Na2CS3。 ( 2)P2 S5与Na2 S的反应可与P2O5和Na2O的反应:P2O5+3Na2O=2Na3 PO4进行类比,即3Na2S+P2S5=2Na3PS4。 (3)与Na2O2溶于足量稀盐酸的反应:2Na2O2+4HCl=4NaCl+O2↑+2H2O进行类比,可知Na2S2溶于足量稀盐酸的反应方程式为:Na2S2+2HCl=2NaCl+S↓+H2S↑。 例2 从某些性质看,NH3和H2O,和H3O+,OH-和,NH2-和O2-两两相似。试写出乙酸在液态氨中的形式:____________。在水溶液中则乙酸在液态氨中的相应反应的方程式为:______________________________。 解析 该题的解题关键在于给出的四组物质两两相似。乙酸在水溶液中的形式和反应是我们比较熟悉的,而其在液态氨中的形式,我们可以运用类比思想,并结合数学中“换元法”的思想,用替换OH-,用NH22-替换O2-,这样就可以得到乙酸在液态氨中的形式: 运用同样的方法,可以得到在液态氨中乙酸相应反应的方程式: 例3 最近,我国某高校一研究小组将一定量的AgCl,Se和NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中,并加热到115℃,10小时后冷却至室温,用水洗净可溶物后,得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察,发现A的单晶竟是六角微型管,有望开发为特殊材料。现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成,Se的质量几近原料的2/3。试推测晶体A的化学式,并写出合成A的化学方程式。 解析 A是由银和硒两种元素组成,由于硒与硫同主族,联想到难溶物Ag2S,可类比推出A是Ag2Se。那么,在上述过程中发生了什么样的化学反应呢?从化合价分析,Se在反应中被还原,其化合价从0价降到-2价,而还原剂显然不可能是AgCl和NaOH。若联想到S在NaOH溶液中加热能发生歧化反应: 再将Se与S类比,因两者同主族,性质相似,也能发生类似反应: 然后生成的Na2Se再与AgCl反应,生成更难溶的Ag2Se(大多数同学应该都知道AgCl与Na2S反应能生成更难溶的Ag2S): ①+②×2得合成A的总反应方程式: 从以上示例可见,在化学竞赛的解题过程中若能熟练运用类比思想,往往能使难题迎刃而解。 类比思想是一种重要的科学思想,很多伟大的科学发现都得益于这种思想。例如,化学史上合成的第一种稀有气体元素化合物六氟合铂酸氙(XePtF6),就是应用类比思想的产物。英国化学家巴特莱特将PtF6蒸气和O2反应,合成了一种新的深红色固体O2PtF6后,他发现Xe的第一电离能和O2类似(O2的第一电离能是1175.7 kJ/mol,Xe的第一电离能是1175.57 kJ/mol)。这意味着既然PtF6能氧化O2,应该也可以氧化Xe,形成氙的化合物。巴特莱特在低温条件下缓慢将Xe和PtF6混合,反应生成了一种橘黄色的固体,那就是六氟合铂酸氙(XePtF6),世界上第一种稀有气体元素化合物。化学竞赛中涉及元素化合物的知识点很多,有一些对同学们来说很陌生,同学们在解题时往往因此而受阻。《全国高中学生化学竞赛基本要求》中明确指出,竞赛中补充的内容是中学化学内容的自然生长点。那么如何让陌生的元素化合物知识成为我们的“自然生长点”呢?其实,巧妙地运用类比思想,找到陌生内容与已学过的知识的相似之处,然后再通过知识的迁移,即可顺利解决问题。以下试举几例。例1 用化学方程式分别表示下列变化。(1)CS2与Na2S溶液一起振荡,溶液由无色变成有色:________________。(2)P2S5与Na2S反应:_________________________________。(3)Na2S2溶于足量稀盐酸中,产生浅黄色沉淀,并放出气体:____________。解析 本题要充分应用类比思想。氧和硫、氧化物和硫化物具有相似性,据此可将题目中所要求写的陌生的化学方程式转化为我们熟悉的反应。( 1)CS2与Na2S溶液的反应可与CO2和Na2O的反应:CO2+Na2O=Na2CO3进行类比,故有:CS2+Na2S=Na2CS3。( 2)P2S5与Na2S的反应可与P2O5和Na2O的反应:P2O5+3Na2O=2Na3PO4进行类比,即3Na2S+P2S5=2Na3PS4。(3)与Na2O2溶于足量稀盐酸的反应:2Na2O2+4HCl=4NaCl+O2↑+2H2O进行类比,可知Na2S2溶于足量稀盐酸的反应方程式为:Na2S2+2HCl=2NaCl+S↓+H2S↑。例2 从某些性质看,NH3和H2O,和H3O+,OH-和,NH2-和O2-两两相似。试写出乙酸在液态氨中的形式:____________。在水溶液中则乙酸在液态氨中的相应反应的方程式为:______________________________。解析 该题的解题关键在于给出的四组物质两两相似。乙酸在水溶液中的形式和反应是我们比较熟悉的,而其在液态氨中的形式,我们可以运用类比思想,并结合数学中“换元法”的思想,用替换OH-,用NH22-替换O2-,这样就可以得到乙酸在液态氨中的形式:运用同样的方法,可以得到在液态氨中乙酸相应反应的方程式:例3 最近,我国某高校一研究小组将一定量的AgCl,Se和NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中,并加热到115℃,10小时后冷却至室温,用水洗净可溶物后,得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察,发现A的单晶竟是六角微型管,有望开发为特殊材料。现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成,Se的质量几近原料的2/3。试推测晶体A的化学式,并写出合成A的化学方程式。解析 A是由银和硒两种元素组成,由于硒与硫同主族,联想到难溶物Ag2S,可类比推出A是Ag2Se。那么,在上述过程中发生了什么样的化学反应呢?从化合价分析,Se在反应中被还原,其化合价从0价降到-2价,而还原剂显然不可能是AgCl和NaOH。若联想到S在NaOH溶液中加热能发生歧化反应:再将Se与S类比,因两者同主族,性质相似,也能发生类似反应:然后生成的Na2Se再与AgCl反应,生成更难溶的Ag2Se(大多数同学应该都知道AgCl与Na2S反应能生成更难溶的Ag2S):①+②×2得合成A的总反应方程式:从以上示例可见,在化学竞赛的解题过程中若能熟练运用类比思想,往往能使难题迎刃而解。

文章来源:现代物理知识 网址: http://xdwlzs.400nongye.com/lunwen/itemid-12148.shtml


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