科学假设在化学问题解决中的应用——假设方法解决问题

科学假设是一种创造性思维活动,是科学研究的常用方法。科学史上的许多重要发明都是建立在科学假设的基础上的,这些假设被科学家的科学实验、推理和演算所证明,对人类社会的发展起到了巨大的推动作用。科学假说方法在解决化学问题上同样有效。如果能熟练掌握各种假设方法,会起到化繁为简、化难为易、化抽象为具体的奇妙作用,给人一种另辟蹊径的感觉。既能提高学生的解题速度和学习兴趣,又能为学生今后从事科研工作打下良好的基础。下面结合实例谈谈科学假设方法在解决化学问题中的应用。

一.极限假设

极限假设:是将思维引向极限状态来解决中间状态问题,从而简化问题,顺利得出正确结论。

示例1。将10g铁粉放入含有FeCl3 _ 3和CuCl2 _ 2的500ml溶液中,反应完全后过滤。干燥的固体的质量为11g。在滤液中加入0.3 mol NaOH刚好使金属离子完全沉淀,试求原液中FeCl3 _ 3和CuCl2 _ 2的浓度。

技术指导:解决这个问题的难点是判断添加的10g铁粉是否过量。使用极限假设。

①假设原液只含FeCl _ 3,根据电荷守恒定律,FeCl _ 3的量为:Mo,最大可溶性铁为:g;

②假设原液只含CuCl _ 2,根据电荷守恒定律,CuCl _ 2物质的量:Mo可溶铁:0.15× 56 = 8.4g,那么可溶铁粉的质量在2.8g以上至8.4g以下..因此,过量的Fe粉可以根据反应式通过摩尔关系法来解决。

从上面的分析可以看出,极限假设可以将物质的混合状态转化为单一纯物质的特殊状态,从而化繁为简,事半功倍。

第二,等价假设

等价假设:把复杂的混合物问题转化为不存在的简单明了的分子形式,但结果是等价的,这样问题就容易解决了。

在计算下面混合物的质量分数时,读者可以认识到,如果没有等效假设,几乎不可能得到正确的答案,由此可见等效假设在化学计算中的重要性。

例2:由MgO、MgSO4 _ 4和MgHPO4 _ 4组成的混合物中镁的质量分数为33%。求混合物中氧气的质量分数。

提示:将混合物分为MgO、SO3和(HPO3)三组(其中HPO3相当于SO3),根据组分中Mg的质量分数和Mg与O的质量比计算O和MgO的质量分数,再计算另一组分的质量分数,再根据组分中元素(组分)的质量比计算组分中O的质量分数。然后将两个O的质量分数相加,得到答案。流程如下:

第一步:分组。混合物根据其相对分子(原子)质量的总和是等价的,并被分成两个主要成分和四个次要成分。

第三,路径假设

路径假设:就是把一个复杂而陌生的化学变化过程假设成一个简单而熟悉的路径,这样问题就解决了。

例3:有两个容器,A和B,温度相同(T=500K),容积相同。容器A装1g SO2和1g O2,容器B装2g SO2和2g O2,哪个SO2转化率更大?

技术说明:由于B中反应物浓度高,SO2转化率低;而B的介质压力强,SO2转化率高。如果假设这条路线是下面这条路线,问题就不难解决了(第二种状态相当于将2g SO2和2g O2直接加入一个V升容器中所达到的平衡状态)。

因为B中I平衡态和A平衡态的初始条件(温度、压力、浓度)相同,所以SO2%转化率B”等于A..但当I态变为II态时,由于压缩平衡向体积缩小的正反应方向移动,SO2的转化率增加,即SO2%转化率为B >: SO2%转化率a。

第四,转型假说

转化假设:就是改变所研究问题的条件、结论和方向,从侧面或相反的方向分析问题,从而得出结论。

例4。二氯苯有三种异构体,但是四氯苯有几种异构体呢?

技术说明:根据四个氯原子的常规排列推断异构体,问题比较复杂。利用变换假设法,将四氯苯中的氯原子和氢原子分别视为二氯苯中的氢原子和氯原子,明显是三种异构体。

动词 (verb的缩写)参考数量假设

参考量假设:即选取变化范围内某一点的量作为参考量,通过比较、分析、推理,使问题简单化、解决。

例5:将18.4g NaOH和NaHCO3的混合物在密闭容器中加热至280℃,充分反应后排出气体。冷却后称出剩余的固体质量为16.6g,试计算原始混合物中NaOH的质量分数。

技术灵感:反应如下:

确定是否有反应②是解决问题的关键。利用参考量假设,假设NaOH和NaHCO3刚反应时固体的减少量为参考量,如果实际减少量等于参考量,则符合假设关系;如果实际减少量大于参考量,则碳酸氢钠过量;如果实际减少量小于参考量,则NaOH过量。碳酸氢钠+氢氧化钠@碳酸钠+H2O△m

加热时,①发生反应,先求出NaHCO3 _ 3的质量,再用差分法求出NaOH的质量分数。

参考量假设在做选择题时也能起到很好的作用。

③解题过程如下:

以上是科学假说在化学中的一个经典而独特的应用。其实科学假说远不止以上五种,每种假说都有很多不同的用途。限于篇幅,不再举例。老师不仅仅是在传授知识,更是在传授学习方法。“授人以鱼不如授人以渔。”让学生多做题目,不如教他们怎么学。写这篇论文的目的是帮助学生总结自己的学习经验、技巧和技能,培养成为具有独立思考能力、综合创新意识、养成科学假设良好习惯的新生。把他们从题海中解放出来,成为学习的主人,享受学习的乐趣。

“本文涉及的图表、注释、公式请阅读PDF格式的原文。”

本文为原文全文。没有PDF浏览器的用户应该先下载并安装原文全文。