发散思维与化学解题

发散思维与化学解题江西省吉安县二中潘荣范邮编：343100发散思维是对所要解决的一个新问题从多方面加以思考，并提出许多新假设和新答案的一种思维方式。这种思维的特点是思路可以从一点发散到四面八方，突破思维定势的局限，重新组合已有知识经验，找出许多新的可能答案。这种开放性的思维没有固定的方向和范围，允许“标新立异”、“异想天开”，是一种打破旧框框、解放思想的创造思维方式。所以它具有敏捷性、变通性和独创性。一、敏捷性：发散思维能在较短的时间内较快地找出新的解决方法。例1：已知某无色透明的溶液中含有的离子仅是NH4+、Cl–等4种离子，请回答下列问题：⑴该溶液所含的离子中除了上述两种外，还应有————————两种离子(填离子符号)。⑵请你用离子浓度符号如c(NH4+)和“”“=”等符号，将这4种离子的物质的量浓度按从大到小的顺序把它们大小之间关系的各种可能都表示出来(有多少种，填多少种)，并写出相对应的溶液中溶质的化学式及溶液的酸碱性。解析：⑴由于水的电离平衡的存在，在任何溶液中都含有H+和OH–。⑵这是一道发散型试题，此问很多学生写不完整，有的是溶质成分分析不全，有的是忽略了同溶质时离子浓度大小关系的多种可能，这除了由于学生思维不严谨以外，还与学生选择的解决问题的方法有关。要做到准确快速地写出包含的所有可能关系，可假设下列过程：在室温下向一定量的稀氨水中逐滴加入物质的量浓度相同的稀盐酸，直至盐酸过量。等浓度的盐酸滴入一定量的稀氨水中，发生的离子反应为NH3•H2O+H+=NH4++H2O，但随稀盐酸的逐渐滴入，反应液中离子浓度的大小顺序有如下七种情况：⑴稀盐酸滴入量较少，溶质为NH3•H2O和生成的较少量的NH4Cl，此时显然是NH3•H2O的电离占优势，溶液显碱性，离子浓度大小顺序为c(NH4+)c(OH–)c(Cl–)c(H+)。⑵稀盐酸滴入量增加少量，意味着c(Cl–)的增大和c(OH–)的减小，此时的离子浓度大小顺序为：c(NH4+)c(OH–)=c(Cl–)c(H+)，溶质仍为NH3•H2O和NH4Cl，溶液显碱性。⑶在上述稀盐酸滴入量的基础上再少量增加，c(Cl–)再少量增大，c(OH–)再少量减小，此时溶液中离子浓度大小顺序为：c(NH4+)c(Cl–)c(OH–)c(H+)，溶质仍为NH3•H2O和NH4Cl，溶液显碱性。⑷稀盐酸滴入量的再适量增加，c(Cl–)可与c(NH4+)相等，运用电荷守恒式，显然c(H+)=c(OH–)，溶质仍为NH3•H2O和NH4Cl，溶液此时显中性，NH4Cl的水解和NH3•H2O的电离程度相同。溶液中离子浓度为c(NH4+)=c(Cl–)c(OH–)=c(H+)。⑸随着稀盐酸滴入量的再少量增加，意味着c(Cl–)和c(H+)的增加，故此时离子浓度为c(Cl–)c(NH4+)c(H+)c(OH–)，溶质仍为NH3•H2O和NH4Cl，溶液此时显酸性，NH4Cl的水解占优势。⑹这一时段稀盐酸与氨水完全反应，溶质为NH4Cl，溶液显酸性，离子浓度大小为c(Cl–)c(NH4+)c(H+)c(OH–)。⑺盐酸的滴入量进一步增加，c(Cl–)和c(H+)也增大，溶液中离子浓度为c(Cl–)c(H+)c(NH4+)c(OH–)，盐酸过量，溶质变为NH4Cl和HCl，溶液当然显酸性。二、变通性：发散思维可以从不同的方向和角度以及较多的渠道和较大的范围去灵活地考虑问题，即一题多解、一题多变。例2：某未知溶液加入醋酸钠晶体后，测得C(Na+)和c(CH3COO–)之比为1∶1，对原来未知溶液的判断不正确的是（）A可能溶液呈碱性B可能溶液呈酸性C可能是中性溶液D原未知溶液中C(Na+)∶c(CH3COO–)1∶1E上述情况均有可能分析：显然，命题者意在考查CH3COONa的水解情况，作为CH3COONa本身溶于水中，由于CH3COO–水解的作用，使C(Na+)∶c(CH3COO–)1∶1，因此，原溶液若显碱性，例如KOH溶液、Ba(OH)2溶液等(不可能是NaOH溶液)则对CH3COO–的水解产生抑制，因此A是可能的；另外D选项，原未知溶液中C(Na+)∶c(CH3COO–)1∶1，例如CH3COOK溶液、CH3COONH4溶液，或者它们与CH3COONa的混合液，这种情况也是可能的；对于B选项溶液显酸性，使CH3COO–减少更多；C选项中性溶液，对CH3COO–水解无抑制作用，似乎答案为B、C，故易错选B、C。但仔细推敲一下，若B选项溶液为较浓醋酸溶液，则溶液中c(H+)较大，溶液酸性较强，若醋酸和醋酸钠比例适合，可使加入醋酸钠后的溶液呈中性，即c(H+)=c(OH–)，根据电荷守恒，有C(Na+)=c(CH3COO–)，对于C选项，若中性溶液为醋酸和醋酸钾的混合液，当加入适当量的醋酸钠后，也可使C(Na+)=c(CH3COO–)，因此，答案为E。例3：平衡体系H2SO3H++HSO3–，HSO3–H++SO32–中使溶液的pH值增大时，c(SO32–)将（）A.增大B.减小C.不变D.可能增大也可能减小解析：使溶液的pH值增大的方法有：加水(或与H+、H2SO3、HSO3–、SO32–都不反应的溶液)稀释、加碱、加可溶性亚硫酸盐或亚硫酸氢盐。加水稀释，c(H+)减小，c(SO32–)也减小；加碱时，OH–中和H+，使c(H+)减小，但c(SO32–)却增大；加可溶性亚硫酸盐如Na2SO3时，由于c(SO32–)增大，抑制上述电离，故c(H+)减小，但平衡后c(SO32–)还是增大；加可溶性亚硫酸氢盐如NaHSO3时，由于c(HSO3–)增大，抑制上述电离，故c(H+)减小，但平衡后c(SO32–)却增大。三、独创性：发散思维可以找到突破传统的独特、新颖的解决方法。例4：A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%；A只含有一种官能团，且每个碳原子上最多只连一个官能团：A能与乙酸发生酯化反应，但不能在两个相邻碳原子上发生消去反应。请填空：（1）A的分子式是，其结构简式是。（2）写出A与乙酸反应的化学方程式：。（3）写出所有满足下列3个条件的A的同分异构体的结构简式。①属直链化合物；②与A具有相同的官能团；③每个碳原子上最多只连一个官能团。这些同分异构体的结构简式是。解析：按一般方法由12%1.44∶1%82.8∶16%82.8%1.441求化合物A中C、H、O三原子的个数比难以划简而不好计算。此时若转换思维角度，分析题给数据44.1%和8.82%，刚好符合整数比5∶1，因此可先求出有机物A中碳、氢原子个数之比n(N)∶n(H)=5∶12，即该物质的结构简式为(C5H12)xOy。因为此最简式中氢原子已饱和，所以x只能为1，A的分子式为C5H12Oy。由此可得A的相对分子质量为136%82.812，A中的氧原子数为：416)121512136(，所以A的分子式为C5H12O4。答案：（1）C5H12O4（2）C(CH2OH)4＋4CH3COOHC(CH2OCCH3)4＋4H2O（3）CH3CH2OHHOCH2CH2CH2OHHOCH2CH2CH2OH。发散思维是创新思维的精髓之一，也是一种重要的化学解题思想。要正确利用发散思维解答化学问题，必须全面掌握化学基础知识，因为联系越多，发散才能越广。