整體分析法在中學化學教學中的作用探究

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整體分析法在中學化學教學中的作用探究

李建雄1，丁永萍2， 郭玉瑋2，谷中明2*

(包頭師范學院1.繼續(xù)教育學院,2.化學學院, 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

摘要：針對千奇百怪的化學問題，化學教學也是方法多變的，可是越來越多的方法不適應(yīng)問題的解決，所以方法的探究就成了現(xiàn)在的教學中最大的難題。整體分析法是一種綜合的邏輯思維方法，很多化學問題用整體分析法更容易解決，思路更清晰。如氧化還原問題、離子反應(yīng)問題、化學平衡等問題。教師應(yīng)用整體分析法進行教學，能讓同學們的解題思路更加清晰，看待問題更全面，可以調(diào)動同學們的探索思維，使其更好的挖掘教材中的探索性問題，是化學問題的解決方便、快捷。

關(guān)鍵詞：整體分析法；化學教學；思維；應(yīng)用

面對化學教學，令所有教師為難的不在內(nèi)容而在于方法，合理的教學方法使很多較為復雜的化學問題變得簡單清晰。隨著化學問題的多樣化，教學方法變得尤為重要，也是每位教學工作者較為關(guān)注，精心設(shè)計教學內(nèi)容是教學中重要環(huán)節(jié)。講授技巧是和上課的互動教學是息息相關(guān)的，而教學的互動與教學的內(nèi)容聯(lián)系在一起的，教學內(nèi)容的變化使教學方法不斷變化，教育內(nèi)容、教育內(nèi)容和教學活動的革新需要相應(yīng)的教學方法配合[1-3]。 目前針對化學問題的解決方法有很多，對整體分析法的研究是比較突出的，有選擇從質(zhì)量守恒這個整體出發(fā)的，有選擇從實驗方面入手的，選擇的角度各異，但是目的相同，均是突出整體分析法解題的優(yōu)勢[4-6]。那么如何使整體分析法應(yīng)用于更多的化學問題，通過本文的介紹我們來著重了解一下整體分析法解決化學問題。

1整體分析法與氧化還原問題

氧化還原問題中最重要的規(guī)律具有守恒性，整個過程化合價升降的總數(shù)相等，得電子和失電子數(shù)一樣，正負電荷也守恒，個元素原子個數(shù)相等。而其中的幾個守恒關(guān)系所能應(yīng)用的就是整體分析，聽過對整體情況的分析來判斷是否守恒。

我們經(jīng)常遇到的氧化還原問題是有關(guān)于連續(xù)反應(yīng)的，就如A﹢B→C﹢D，C﹢E→G﹢F，這樣的反應(yīng)中物質(zhì)完成了一次循環(huán)，相互之間因為電子的得失達到了一個動態(tài)的守恒[7]。分析整體電子轉(zhuǎn)移而言，將化學的變化看作整體，從整體考慮分析試題，簡單化，解題快。

例1：元素化合價問題[8]

解析：根據(jù)題意可知，解此題依據(jù)的化合價升降總數(shù)相等,有方程式

例2:得失電子問題

將0.64 g Cu加入濃硝酸中，產(chǎn)生混合氣體體積0.009 mol(含NO、NO2和N2O4)，且反應(yīng)掉濃硝酸0.032 mol。產(chǎn)生的氣體和空氣混合，用NaOH吸收氮氧化物，生成NaNO2和H2O。計算大氣中反應(yīng)掉O2在標況下體積為多少毫升？

解析：整體分析題意可有

根據(jù)題意知NxOy是HNO3得電子數(shù)和產(chǎn)生NaNO3時NxOy失電子數(shù)相等，那么，Cu失電子數(shù)與O2得電子數(shù)必須相等，且Cu與O2關(guān)系：2Cu～O2，n(Cu)=0.01 mol，n(O2)=0.005mol，V=112 mL。

上述就是整體分析法在氧化還原問題中的部分應(yīng)用實例，整體分析電子轉(zhuǎn)移在硝酸與氮氧化物之間，一是Cu失電子數(shù)與HNO3得電子數(shù)相等。同樣的道理得出結(jié)果。不難看出把幾步反應(yīng)綜合起來考慮，可以省去很多不必要的麻煩，更容易理解。

2整體分析法與離子反應(yīng)問題

離子反應(yīng)問題中，經(jīng)常用來考驗大家的是離子方程式的正誤，而判斷正誤中經(jīng)常被我們忽略的就是電荷守恒問題，同學經(jīng)常把注意力放在離子共存上，而不知道電荷守恒也是離子反應(yīng)問題的關(guān)鍵問題，氧化還原反應(yīng)也是貫穿離子反應(yīng)始終的。

例題：下列表示對化學反應(yīng)的離子方程式正確的是()

B、向NH4HCO3溶液中加過量的NaOH溶液并加熱：

解析：正確的答案是C項。

3整體分析法與鹽類水解問題

鹽類水解實質(zhì)是弱酸根離子結(jié)合H﹢或弱堿陽離子結(jié)合OH﹣，破壞水的電離平衡，促進水的電解。由于水解的是弱酸和弱堿，其中很多都是分很多步驟進行的，有些甚至還是雙水解，一涉及到多步反應(yīng)，我們就會用到整體分析法。而且鹽類水解問題常常結(jié)合離子反應(yīng)問題，會涉及到電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒，甚至將其中的兩者結(jié)合起來解題，所以整體分析法也常被應(yīng)用與鹽類水解問題，很多時候我們只是需要一個整體過程，所以那中間的部分就會對我們的分析起到一定的阻礙作用，而此時用整體分析法便可以將阻礙度降到最低，便于我們快速解題。下面我們用框圖來明確一下整體分析法與解題的關(guān)系(見圖1)。

圖1

例題：下列溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是()[9]

A、室溫下，向0.01mol·L﹣1NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至中性：

D、25℃時，pH=4.75、濃度均為0.1mol·L﹣1的CH3COOH、CH3COONa混合液：c(CH3COO﹣)+c(OH﹣)﹤c(CH3COOH)+c(H﹢)

解析：正確答案是A項

D項根據(jù)物料守恒c(Na+)=0.5c(CH3COOH)+0.5c(CH3COO﹣)及電荷守恒c(Na﹢)+c(H﹢)=c(CH3COO﹣)+c(OH﹣)，僅能得出c(CH3COO﹣)+2c(OH﹣)=c(CH3COOH)+2c(H﹢)。

4整體分析法與求混合氣體平均分子量問題

例題：丁烷完全裂解為乙烯與乙烷和丙烯與甲烷，產(chǎn)生氣體的平均分子量為多少[9]？

解析：選用一般方法分析這個問題是比較困難，因而會覺得無從下手。就比如若用加權(quán)平均法，因為氣體的摩爾百分數(shù)無法知道，就會覺得無法繼續(xù)計算。

那如果我們換個角度思考一下，1.0 mol丁烷分解得到混合氣一定還是1.0 mol的量，即58克，裂解過程兩次反應(yīng)均為1.0 mol生成2.0 mol氣體的反應(yīng)，即

圖2

無論裂解過程兩反應(yīng)比例如何，1.0 mol丁烷生成的混合氣體一定為2.0 mol，那么很簡單的我們就可以得出平均分子量為：58÷2=29

5整體分析法與多步反應(yīng)問題

多步反應(yīng)問題中涉及到的是整體的質(zhì)量的守恒，關(guān)系到多步反應(yīng)，那必然從始態(tài)到終態(tài)會有幾步甚至多步反應(yīng)，也就是說過程是復雜的。即A+X=B+Y，C+Y=D+Z。但

是，往往我們要的結(jié)果和其中的過程關(guān)系不大，也就是說我們只想知道生成的Z與A的關(guān)系，所以，我們就只要對整體進行系統(tǒng)的分析即可，只要找到它們的潛在關(guān)系，過程是可以忽略的。

例1：14 g Fe粉與10 g S粉混合，真空加熱反應(yīng)后將固體投入足量HCl，最后氣體的體積是？[10]

解析：判斷鐵過量，起初是算出余Fe和生成FeS量，利用反應(yīng)式得出它們和HCl反應(yīng)后，H2和H2S的質(zhì)量，然后得出氣體總量。

對比分析，解題過程是整體分析法：在判斷鐵過量，分析各步反應(yīng)的數(shù)量無關(guān)緊要，而是分析反應(yīng)物(Fe、S、HCI)；終態(tài)有哪些反應(yīng)物(FeCI2、H2S、H2)。然后利用整體的總質(zhì)量守恒列式,對比發(fā)現(xiàn)，整體法的優(yōu)點：簡明、易于理解、快捷及方便。

設(shè)最終氣體質(zhì)量為x克，有：14+10+14÷56×2×36.5=14÷56×127+x，得x=10.5 (g)

例2：向含有1.0 mol HCI和1.0 mo lMgSO4混合液中加1mol·L﹣1Ba(OH)2溶液，產(chǎn)生沉淀物質(zhì)的量(n)與加入Ba(OH)2溶液體積(V)間的關(guān)系圖正確的是()(見圖3)。

圖3

根據(jù)題意不難發(fā)現(xiàn)，該過程是個多步反應(yīng)問題，分析有三個階段

第一個階段，根據(jù)H﹢和Mg2﹢的性質(zhì)，與OH﹣離子的反應(yīng)順序是

H﹢>Mg2﹢，就相當于先有H2SO4生成，故可有反應(yīng)

由反應(yīng)知道，總共生成的沉淀是1mol，加入的體積是0.5L：

第三個階段，分析整個試題可知，反應(yīng)中還存在MgCl20.5mol，則有

再繼續(xù)加入Ba(OH)2也不會有沉淀生成了，故有明顯反應(yīng)發(fā)生的就是這三個階段，那么，結(jié)合分析不難找出答案，答案是D選項。

該題中應(yīng)用的是整體物質(zhì)的量守恒，并且只有對題目進行系統(tǒng)的、整體的分析，才可以尋找到突破，解出正確答案。

例3：Cu和Cu2O的混合物7 .6g與足量的稀硝酸反應(yīng)，產(chǎn)生NO氣體再標準狀況下體為1.12L，向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥、灼燒后，得到黑色固體的質(zhì)量是()

A.8 .8gB.9 .2gC.8gD.16g

解析：看到這個題目，我們最原始的思路是

n(NO)=V∕Vm=1.12L÷22.4L∕mol=0.05mol，并且有反應(yīng)方程式

3Cu+8HNO3=3Cu(NO)2+2NO↑+4H2O,

3Cu2O+14HNO3=6Cu(NO3)2+2NO↑+7H2O

設(shè)混合物中銅的物質(zhì)的量為x，氧化亞銅的物質(zhì)的量為y,則有

并且，在灼燒的時候氫氧化銅會變成氧化銅，此時物質(zhì)的量守恒，則生成的氧化銅中銅的物質(zhì)的量與原混合物中銅物質(zhì)的量守恒，所以黑色固體的質(zhì)量為(0.04+0.06)mol×80g/mol=8.8g

如果我們換個角度去解答，運用整體分析法解決這個問題，會有什么效果呢，下面我們來看一下：

首先進行整個過程的大體分析，用表格來系統(tǒng)闡述一下，

其中生成的NO的物質(zhì)的量是n(NO)=1.12L÷22.4L/mol=0.05mol，此時根據(jù)電子守恒，硝酸中氮得到的電子總數(shù)也就是銅失去的電子總數(shù)，即n(e﹣)=0.15mol,而銅失去的電子與氧原子得到的電子仍舊是守恒的，所以有n(O)=0.075mol，此時氧的增加量就是m(O)=1.2g，而氧的增加量就是銅的轉(zhuǎn)移量，那么最終的黑色固體的量為m(CuO)=7.6+1.2=8.8g，故答案很明顯是A。

從上面的對比不難看出，整體分析法的解題過程更加簡潔明確，容易理解，更加節(jié)省了我們的解題時間，突出了整體分析的優(yōu)越性。

6整體分析法與電化學問題

電化學問題是由氧化還原和水解、電解綜合起來的一類習題，涉及到的知識內(nèi)容比較廣泛，那么解題方法也是與這幾類問題的解法相近的，基本方法概括為三類：根據(jù)電子守恒法計算、根據(jù)總方程式計算(考慮的總反應(yīng)式的比例)、根據(jù)關(guān)系式計算(依據(jù)得失電子守恒定律)，由此不難看出，整體分析是必不可少用的[10]。

例：用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH值(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中共轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為多少[11]？

解析：加入的物質(zhì)是Cu2(OH)2CO3，要是電解后溶液復原，必然涉及兩個反應(yīng)：，

加入0.1molCu2(OH)2CO3，這就相當于電解出0.2molCu后再單獨電解0.1molH2O，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子得失關(guān)系，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為：0.1mol×2+0.2mol×2=0.6mol。

7結(jié)論

整體分析法對我們化學教學影響重大，對于學生的學習也是意義非凡的。通過整體分析法使我們的課堂更加完善，學習效率更高。而且，對于該方法的深入理解，可以鍛煉學生的思維能力，拓展發(fā)散思維。整體分析法是一種重要的邏輯思維方法，而邏輯思維的培養(yǎng)需要平時的日積月累，所以要想充分掌握并運用整體分析法，重要的就是多做，多思?，F(xiàn)代的學習理論告訴我們，知識的學習或表征，只有做到條件化、結(jié)構(gòu)化、策略化、整體化，才能有效的用來創(chuàng)造性的解決問題[13]。所以，合理的整體分析，合理的運用，合理的邏輯思維，有利于提高教學質(zhì)量，提高學習效率，更有利于我們進一步對中學化學教學進行探究。

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[13]解守宗.中學化學教學與實踐研究[M].北京：高等教育出版社，2003.

The Role of Overall Analysis in Middle School Chemistry Teaching

LI Jian-xiong1,DING Yong-ping2, GUO Yu-wei2, GU Zhong-ming2*

(1.Faculty of Continuing Education,2.Faculty of Chemistry,Baotou Teachers College,Baotou 014030)

Abstract:In view of the strange chemical problems, chemistry teaching method is changeful, but more and more of the method is not adapted to the solution of the problem, so the method of exploration becomes the biggest problem in the present teaching.Overall analysis is a kind of comprehensive method of logical thinking, many chemical problems in overall analysis easier to solve, to think more clearly.Such as redox, ionic reaction, chemical equilibrium, the solution of the problem.Teachers teaching overall analysis method, the overall analysis can let students' problem solving ideas more clear look, the more comprehensive, the overall analysis can arouse students' exploring thinking, analysis method can make students as a whole better excavating exploratory problem in teaching materials, the overall analysis method to make chemical solution convenient and quick.

Key words:the overall analysis; chemistry teaching; thinking; application

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：A

文章編號：1004-1869(2015)02-0102-05

作者簡介：李建雄(1962-)，內(nèi)蒙古五原縣人，實驗師，研究方向：大學化學實驗，成人教育。

基金項目：包頭師范學院教改課題, 包頭市科技計劃項目(2012S2005-5-27)。

收稿日期：2014-12-17