高中化学竞赛解题思维方法

高中化学竞赛解题思维方法

提高化学问题的解决能力，既是高中化学教学的需要，也是高中化学奥赛的需要。谈谈解决

化学问题的诸种思维方法，以供学习参考。

方法1

一、类比思维

类比思维是解答化学竞赛题的常用有效的试探性方法，是解决陌生问题的一种策略。类比

思维就是根据两种事物在某些特性上的相似，推理出它们在另一些特性上可能相似的思维形

式。其思维方法就是由新信息引起的对已有知识的回忆(找原型)，在新、旧知识间找相似和

相异的地方，异中求同或同中求异，从而利用原型来解决新问题。类比思维的关键是找到新

问题与原型间的可比点，二者要有一定的相似性，类比才可以发生。飞鸟与飞机的类比、照

猫画虎等均为典例。

【例题】硼酸晶体成片状，有滑腻感，可作润滑剂，硼酸分子结构可表示为。

硼酸对人体的受伤组织有缓和的防腐作用，故可用于医药和食品防腐等方面。

(1)根据以上所述可知硼酸应属于_____________。

A、强酸 B、中强酸 C、弱酸

(2)研究表明：在大多数情况下，元素的原子在形成分子或离子时，其最外电子层具有达到

8电子稳定结构的趋势。在硼酸分子中，最外层达到8个电子稳定结构的原子有_______个。

(3)硼酸和甲醇在浓硫酸存在的条件下，可生成挥发性硼酸三甲酯，试写出硼酸完全酯化的

化学方程式(注明反应条件)________________________。

(4)已知硼酸0.01mol可被20mL0.5mol·L－1NaOH溶液恰好完全中和，据此推测：硼酸在水

中显酸性的原因是(写电离方程式)________________。写出硼酸与NaOH溶液反应的离子方

程式_________________________。

【分析】(1)类比同周期的碳酸为弱酸，硼元素更靠近金属元素，显然为弱酸。(2)在硼酸

分子中，H原子为2个电子稳定结构，O原子为8个电子稳定结构，B原子是缺电子，3个

共用电子对，只有6个电子。(3)类比乙酸与乙醇的酯化反应，酸去羟基醇去氢。(4)类比Al(OH)

3

的酸式电离与络离子[Al(OH)

4]－。

【正确答案】(1)C (2)3 (3)H

3BO

3+3CH

3OHB(OCH

3)

3+3H

2O

(4)H

3BO

3+H

2O[B(OH)

4]－+H+ H

3BO

3+OH－==[B(OH)

4]－

【训练1】磷化氢(PH

3)是一种无色剧毒气体(沸点-89.7℃)，其中含有微量极易自燃的P

2H

4。

其制取的原理类似于实验室制氨气，现用下图装置来制取磷化氢并验证其性质。请回答：

(1)用碘化磷(PH

4I)和烧碱反应制取PH

3的化学方程式是 。

(2)实验开始时，先从分液漏斗往盛有碘化磷的烧瓶A中加入过量乙醚(无色液体，沸点

34.5℃，微溶于水，不与Fe

2(SO

4)

3反应)，微热数分钟后再从分液漏斗中向烧瓶里加入一定

量的浓NaOH溶液继续加热。在B处用电热器控制温度在300℃左右，实验过程中可观察到：

①用水冷却的C中有白色蜡状固体生成。②D试管中Fe

2(SO

4)

3溶液颜色由棕黄色变成淡

绿色，同时也有白色蜡状物生成。③E处点燃尾气，呈淡蓝色火焰。

则：C中的白色蜡状固体是(填分子式) ，能说明PH

3具有 的性质。试管D中反应的化

学方程式是 ，这说明PH

3有 。

(3)实验时E处尾气须点燃，原因是 。

(4)实验开始时，先向烧瓶中加入乙醚并微热，其目的是 。

(5)D中液面上有少量乙醚层，出现的原因是 。

【正确答案】(1)PH

4I+NaOHPH

3+NaI+H

2O

(2)P

4 受热分解 4PH

3+6Fe

2(SO

4)

3==P

4+12FeSO

4+6H

2SO

4 还原性

(3)尾气中剧毒气体PH

3，以防止污染空气

(4)利用乙醚密度比空气大的性质，将空气排尽，以防止PH

3在装置中燃烧(或自燃)

(5)D中温度低于乙醚沸点，乙醚蒸汽在此会液化浮于液面

注意：类比有其局限性。类比所得的结论不一定正确，一定要注意负迁移的影响。

【训练2】电解熔融氯化镁制取镁：MgCl

2(熔融)Mg+Cl

2↑

类比失误：电解熔融氯化铝制取铝：2AlCl

3(熔融)2Al+3Cl

2↑

电解熔融氧化铝制取铝：2Al

2O

3(熔融)4Al+3O

2↑

类比失误：电解熔融氧化镁制取镁：2MgO(熔融)2Mg+O

2↑

【训练3】最近科学家发现一种由钛(Ti)原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图

所示，其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为( )

A．TiC B．Ti

13C

14 C．Ti

6C

7 D．Ti

14C

13

类比失误：定势思维模仿氯化钠晶体分析，误选A。正确答案D。

方法2

二、转化思维

在解题过程中当遇到信息生疏、思路障碍、概念模糊时，要自觉运用转化思维，化陌生为

熟悉、化抽象为形象、化繁杂为简单，化含糊为明朗，从而拓展解题思路。转化思维就是思

维变通，条条大路通罗马。转化形式可以是概念转化、组成转化、物质转化、表达方式转化

等，目的是信息等价替换，降低解题难度，进而达到解决问题的一种方法。数形转化、司马

光砸缸等都是转化思维的典例。

【例1】由乙炔、苯、乙醛组成的混合物、已知其中碳元素的质量分数为72.0%。试求氧

元素的质量分数。

【解题思路】可将乙炔、苯、乙醛三种有机物进行化学式组成的变形转化，即：C

2H

2、C

6H

6、

C

2H

4O→(CH)

2、(CH)

6、(CH)

2•H

2O→(CH)

n+H

2O，碳元素的质量分数→“CH”的质量分数→“H

2O”

的质量分数→氧元素的质量分数

【解】氧元素的质量分数=(1﹣72.0%×13/12)×16/18=19.6%

【例2】将固体MnC

2O

4•2H

2O放在一个可以称出质量的容器里加热，固体质量随温度变化

的关系如图所示(相对原子质量：H 1.0，C 12.0， O 16.0，Mn 55.0 )，纵坐标是固体的相对质

量。 说出在下列五个温度区间各发生什么变化，并简述理由： 0～50℃；50～100℃；100～

214℃；214～280℃；280～943℃

【解题思路】图示、图表信息丰富，答案尽在图表中显现，故挖掘图表内涵，转化图表信

息，是解答图形图表类竞赛题的关键。本题计算的基础是如何将图中相对失重的信息转化为

解题依据。

【解】转化0～50℃时的图示：图像线段基本水平，说明是MnC

2O

4•2H

2O稳定区域，

MnC

2O

4•2H

2O未分解。

转化50～100℃时的图示：图像线段下坡，说明MnC

2O

4•2H

2O(相对分子质量179)逐渐失水

成为无水物MnC

2O

4(相对分子质量143)，

MnC

2O

4•2H

2O==MnC

2O

4+2H

2O 143/179= 0.80

转化100～214℃时的图示：图像线段基本水平，说明是MnC

2O

4 稳定区域，MnC

2O

4未分解。

转化214～280℃时的图示：图像线段下坡，说明MnC

2O

4逐渐分解成为MnO(

相对分子质量71)，MnC

2O

4==MnO+CO+CO

2 71/179 = 0.40

转化280～943℃时的图示：图像线段有点上坡，说明固体增重，分解生成的MnO被O

2氧

化， 可能反应为3MnO+1/2O

2==Mn

3O

4 (229×1/3)/179 = 0.43

【训练1】写出下列实验的现象和反应的化学方程式。

(1)向黄血盐溶液中滴加碘水。

(2)将3mol·L-1的CoCl

2溶液加热，再滴入AgNO

3溶液。

(3)将[Ni(NH

3)

6]SO

4溶液水浴加热一段时间后再加入氨水。

【正确答案】采取现象与物质的转化思维。

(1)向黄血盐溶液中滴加碘水，溶液由黄色变成红色。

2[Fe(CN)

6]4－(黄色)+I

2 ==2[Fe(CN)

6]3－(红色)+2I－

(2)将3mol·L-1的COCl

2溶液加热，溶液由粉红色变蓝色。

[Co(H

2O)

6]2++4Cl－==CoCl

42－(蓝色)+6H

2O

再加入AgNO

3溶液时，溶液由蓝色变红色，并有白色沉淀生成。

CoCl

42－+4Ag++6H

2O==[Co(H

2O)

6]2++4AgCl↓(白色)

(3)水浴加热一段时间后，有绿色沉淀生成。

[Ni(NH

3)

6]2++2H

2ONi(OH)

2↓(绿色)+2NH

4++4NH

3↑

再加入氨水，沉淀又溶解，得蓝色溶液。

Ni(OH)

2+ 2NH

4++4NH

3== [Ni(NH

3)

6]2+(蓝色)+2H

2O

【训练2】H

2O

2是一种绿色氧化剂，应用十分广泛。1979年化学家将H

2O

2滴入到含SbF

5

的HF溶液中，获得了一种白色固体A。经分析，A的阴离子呈八面体结构，阳离子与羟胺

NH

2OH是等电子体。

(1)确定A的结构简式。写出生成A的化学方程式。

(2)在室温或高于室温的条件下，A能定量地分解，产生B和C。已知B的阳离子的价电子

总数比C的价电子总数少4。试确定B的结构简式，写出B中阴、阳离子各中心原子的杂化

形态。

(3)若将H

2O

2投入到液氨中，可得到白色固体D。红外光谱显示，固态D存在阴阳两种离

子，其中一种离子呈正四面体。试确定D的结构简式。

(4)上述实验事实说明H

2O

2的什么性质？

【分析与答案】采取结构与物质的转化思维等。(1)A的阴离子呈八面体结构可转化为A的

阴离子是6配体的Sb的配离子，显然，A的阴离子是PF

6－的等电子体SbF

6－；A的阳离子是

羟胺NH

2OH的等电子体H

3O

2+；故A的结构简式为

[H

3O

2]+[SbF

6]－。生成A的化学方程式为：H

2O

2+HF+ SbF

5==[H

3O

2]+[SbF

6]－

(2)题设信息可转化为分解反应“A==B+C”，配离子SbF

6－相对稳定，可分解的应该是H

3O

2+；

B的阳离子的价电子总数比C的价电子总数少4，可转化为B的阳离子是H

3O+，价电子总数

为8个，C是O

2的价电子总数12个，符合题意。B为[H

3O]+[SbF

6]－；O：sp3杂化；Sb：sp3d2

(3)固态D存在阴阳两种离子，H

2O

2与液氨反应生成离子化合物，其中呈正四面体结构的

必为NH

4+，阴离子是H

2O

2的等电子体HO

2－，故D的结构简式为NH

4OOH。

(4)上述实验事实说明H

2O

2既具有酸性，又具有碱性。或说明H

2O

2既是一种酸，同时又是

一种比水弱得多的碱。