利用“极限思维法”巧解化学计算题

利用“极限思维法”巧解化学计算题（湖北松滋湖北省松滋市实验中学）极限思维法简称极值法，就是把研究的对象或变化过程假设成某种理想的极限状态进行分析、推理、判断的一种思维方法；是将题设构造为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物或生成物的量值进行判断分析求得结果。极值法的特点是“抓两端，定中间”。极值法的优点是将某些复杂的、难于分析清楚的化学问题（如某些混合物的计算、平行反应计算和讨论型计算等）变得单一化、极端化和简单化，使解题过程简洁，解题思路清晰，把问题化繁为简，化难为易，从而提高了解题效率。下面就结合部分试题具体谈谈极值法在化学解题中应用的方法与技巧。一．用极值法确定判断物质的组成例1：某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3和Ba(NO3)2三种杂质中的一种或两种，现将6.9g样品溶于足量水中，得到澄清溶液。若再加入过量的CaCl2溶液，得到4.5g沉淀，对样品所含杂质的判断正确的是（）A、肯定有KNO3和Na2CO3，没有Ba(NO3)2B、肯定有KNO3，没有Ba(NO3)2，还可能有Na2CO3C、肯定没有Na2CO3和Ba(NO3)2，可能有KNO3D、无法判断解析：样品溶于水后得到澄清溶液，因此一定没有Ba(NO3)2。对量的关系用“极值法”可快速解答。设样品全为K2CO3，则加入过量的CaCl2溶液可得到沉淀质量为5g，；若6.9g全为Na2CO3则可得到沉淀质量为6.5g。显然，如果只含有碳酸钠一种杂质，产生沉淀的质量将大于5g；如果只含有KNO3，由于KNO3与CaCl2不反应，沉淀的质量将小于5g，可能等于4.5g。综合分析，样品中肯定有KNO3，肯定没有Ba(NO3)2，可能有Na2CO3。故本题选B。【点评】用极值法确定杂质的成分：在确定混合物的杂质成分时，可以将主要成分和杂质极值化考虑（假设物质完是杂质或主要成分），然后与实际比较，即可迅速判断出杂质的成分。二．用极值法确定可逆反应中反应物、生成物的取值范围例2：一定条件下向2L密闭容器中充入3molX气体和1molY气体发生下列反应：2X(g)+Y(g)3Z(g)+2W(g)，在某一时刻达到化学平衡时，测出下列各生成物浓度的数据肯定错误的是（）A、c(Z)=0.75mol•L-1B、c(Z)=1.20mol•L-1C、c(W)=0.80mol•L-1D、c(W)=1.00mol•L-1解析：用极限思维假设此反应中3molX和1molY能完全反应，求出最大值。1molY完全反应生成3molZ和2molW。所以，0＜c(Z)＜1.5mol•L-1；0＜c(W)＜1mol•L-1故答案为D。【点评】由于可逆反应总是不能完全进行到底，故在可逆反应中分析反应物、生成物的量时利用极值法把可逆反应看成向左或向右进行完全的反应，这样可以准确、迅速得出答案。三．利用极值法确定多个平行反应中生成物浓度的范围例3：在标准状况下，将NO2、NO、O2的混合气体充满容器后倒置于水中，气体完全溶解，溶液充满容器。若产物不扩散到容器外，则所得溶液的物质的量浓度为（）A、1/22.4mol•L-1B、1/28mol•L-1C、1/32mol•L-1D、1/40mol•L-1解析：本题考查学生对NO2、NO与O2混合气溶于水的计算能力。由于NO2和NO的量没有一个确定的关系，若用一般的列方程组法是很难得出结论的。因此我们只能利用极端法（把三种气体当作NO2与O2、NO与O2两种情况分析）求出溶液浓度范围，再根据选项确定答案。设烧瓶体积为V。若仅为NO2与O2的混合气体，因4NO2+O2+2H2O=4HNO3则若仅为NO与O2的混合气体，因4NO2+3O2+2H2O=4HNO3则现为NO2、NO、O2三种气体混合物，生成c(HNO3)应介于二者之间，故选C。【点评】把平行反应分别假设成单一反应：若一个体系中同时存在几个反应，可以利用极值法分别假设全部发生其中一个反应从而求出两个极端值。四．用极值法确定化学反应的过量情况例4：18.4gNaOH和NaHCO3固体混合物，在密闭容器中加热到250℃，经过充分反应后排除气体，冷却，称得剩余固体质量为16.6g，试计算原混合物中NaOH的质量分数。解析：在密闭容器中进行的反应可能有：NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O---①2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O---②4084106168106究竟按何种情况反应，必须判断出NaOH与NaHCO3在反应①中何者过量，然后才能进行计算，借助极值法，能使判断方便直观。设18.4g固体全为NaOH，则受热不减少，剩余固体18.4g；设18.4g固体全为NaHCO3，则按②反应，剩余固体（18.4g÷84g/mol）×106g/mol=11.6g；设18.4g固体恰好按①完全反应，即混合物中m(NaOH)=18.4g×40÷(40+84)，则m(剩余固体)=。因现剩余固体16.6g，介于15.7g和18.4g之间，所以NaOH过量。NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O△m408410618x=8.4g18.4g－16.6gm（NaOH）=18.4g－8.4g=10gm（NaOH）％=×100％=54.3％【点评】当反应物以混合物的总质量或总物质的量已知时，可以利用极值假设全部是某一反应物，然后假设全部是另一反应物，再假设两者则好完全反应，从而得到解题的线索。五．利用极值法确定有机物中元素的质量分数例5：在同系物C10H8(萘)、C16H10(芘)、C22H12(蒽并蒽)……中,碳的最大百分含量是（）A、100%B、93.75%C、56%D、97.3%解析：根据萘、芘、蒽并蒽三者的分子式可以发现相邻的两物质相差C6H2，因此通式为C6n+4H2n+6。从通式分析，n值越大，碳的质量分数越高，当n趋于无穷大时，即得含碳质量分数最大值。V4V5÷22.4L•mol-1c(HNO3)=128mol•L-1=V4V7÷22.4L•mol-1c(HNO3)=139.2mol•L-1=40+8418.4g×4040106×=15.7g10g18.4gw(C)max=limn→∞12(6n+4)12(6n+4)+2n+6limn→∞=12×4n12×6+12×4+6n(12×6+2)+=12×612×6+2=97.3%【点评】当题目给出一系列有机物的分子式（或结构式）求碳的质量分数最大（或最小）值时，可以先求出这一系列有机物的通式，然后分析碳的质量分数与碳原子数的关系（增函数或减函数），最后列式求极值。另外，极值法除了在以上几方面的运用外，还可以用于确定混合气体的平均相对分子质量、溶液的计算等方面。综上所述，极值法解题的关键是紧扣题设的可能趋势，选好极端假设的落点。在解题（特别是解答一些求取值范围的题目）时若我们能灵活运用该方法，那么便能把一些抽象的复杂的问题具体化、简单化，可达到事半功倍的效果。单位：湖北省松滋市实验中学邮编：434200