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专题9·整体思维、逆向思维、转化法
化学问题的解决与思维方法的正确运用有着密切的关系，运用科学的思维方法来分析有关化学问题，可以明辨概念，生华基本理论，在解题中能独辟蹊径，化繁为简，化难为易，进而达到准确、快速解答之目的。下面例谈化学解题中的一些常用思维技巧。
一、整体思维
整体思维，就是对一些化学问题不纠缠细枝末节，纵观全局，从整体上析题，以达到迅速找到解题切人点、简化解题的目的。
例1、将1.92g
Cu
投入到一定量的浓
HNO3
中，Cu
完全溶解，生成的气体越来越浅，共收集到标准状况下672mL气体。将盛此气体的容器倒扣在水中，求通入多少毫升标准状况下的氧气可使容器中充满液体。
解析：按一般解法解此题较为复杂。如果抛开细节，注意到它们间的反应都是氧化还原反应，把氧化剂和还原剂得失电子相等作为整体考虑，则可化繁为简。浓
HNO3
将
Cu氧化后自身被还原为低价氮的氧化物，而低价氮的氧化物又恰好被通入的氧气氧化，最后变成
HNO3
，相当于在整个过程中HNO3的化合价未变，即1
.92
g
Cu相当于被通入的氧气氧化。由电子得失守恒知
×2
=
×4
解之，V(O2
)=0.336L
即通入336mLO2即可。
例2、某种由K2S和Al2S3组成的混合物中，这两种组分的物质的量之比为3：2，则含32g硫元素的这种混合物的质量是
（
）
A．64g
B．94g
C．70g
D．140g
解析：由K2S和Al2S3的物质的量之比为3：2，可将它们看作一个整体，其化学式为K6Al4S9。得K6Al4S9~~~~9S
9×32
X
32g
用此方法，答案很快就出来了，为70g。
答案：C
例3、
有5.1g镁，铝合金，投入500ml
2mol/L
盐酸溶液中，金属完全溶解后，再加入4
mol/L
NaOH溶液，若要达到最大量的沉淀物质，加入的NaOH溶液的体积为多少？
（
）
A．300
ml
B．250
ml
C．200
ml
D．100
ml
解析：物质之间的转化为
Mg
HCl
Mg2+
NaOH
Mg(OH)2
→
Al3+
→
Al(OH)3
Al
H+
Cl-
NaCl
从反应的整体来观察，原溶液里的Cl-
和加入的Na+都不参加反应，最终生成NaCl，即，n
(HCl)=n(
NaOH)
V(
NaOH)=
n(HCl)/
c(
NaOH)=2×0.5/4=250ml
答案：B
例4、
浅绿色的Fe（NO3）2溶液中，存在如下平衡：
Fe2++2
H2O

Fe（OH）2＋2H+
若在此溶液中加入盐酸后，溶液的颜色将变
，其原因是
。
例5
、已知脂肪烃C4H10在光照条件下和氯气发生取代反应，问其一氯取代物可能有几种？而
解析：不少学生回答：2种。有些甚至是不假思索地口答的，还洋洋得意地说，C4H10有两种等效氢，所以一氯取代的同分异构体就是等效氢的数目。造成这样的错误，原因很大一部分在于学生没有从整体上考虑物质可能存在的结构，而是依靠记忆，或者仅凭上课模糊的印象，知道丁烷（CH3CH2CH2CH3）满足C4H10而答题的，这样答题情况，在一开始学习有机化学的时候，出现在很多学生的身上。
解题时应从C4H10整体进行考虑，由于题干中未告诉我们此分子式代表的具体是什么物质（这样的题干也是有机当中非常常见的一种情况），所以它可能是丁烷（CH3CH2CH2CH3），也可能是2-甲基丙烷(（CH3）3CH)，也就是说，首先要弄清C4H10本身就有两种同分异构体，接着用到“等效氢”的知识，判断出丁烷和2-甲基丙烷各有两种等效氢，所以一氯取代物应该可能有四种（Cl
CH2CH2CH2CH3，
CH3CH
Cl
CH2CH3，（CH3）3CCl，（CH3）2CH
CH2Cl。）
二、逆向思维
逆向思维是指思维程序与通常相反，不是从原因来推知结果，而是从结果入手分析解题思路，逆向思维有它的独特性，能克服思维定势的消极影响，充分运用逆向思维来求解某些化学问题时，有时比正向思维来得更简单，更巧妙。
例1、a
gCu可与含有bgHNO3的溶液恰好反应。若a:
b
=
4:10.5,则被还原的HNO3的质量为
（　　　）
　A.
b
g
B.
g
C.g
D.
g
解析：Cu与HNO3反应时因硝酸的浓度的不同，其还原产物也不同。若正向思维，则参加反应的Cu与被还原的HNO3之间的量的关系难以确定。但若考虑反应中未被还原的硝酸，则问题可迎刃而解。依题意知，参加反应的Cu为
mol，起酸作用的HNO3为mol，其质量为　
mol×63g/mol
=
ag,进而可知被还原的HNO3的质量为（b-a）g
,
因a
:
b
=
4:10.5,即a
=
,故被还原的HNO3的质量为g。
例2、锌粉、铁粉、镁粉的混合物4
g与一定质量25％的稀H2SO4 恰好完全反应，蒸发水分后，得固体物质100
g，则生成的氢气质量为(
)?
A、2
g
B、3
g
C、4
g
D、5
g?
【解析】本题如果采用正向思维将锌、铁、镁的质量分别设未知数进行分析、计算，则过程非常复杂，头绪也较多。而采用逆向思维按以下思路解析：反应前后各元素的质量不变，由题意可知：锌、铁、镁三种金属全部参加反应，分别生成了硫酸锌、硫酸铁、硫酸镁，则蒸发水分后所得100
g固体物质(硫酸锌、硫酸铁、硫酸镁的混合物)中，包含锌、铁、镁三种元素总质量为4
g，其它的96
g则为SO4
的质量，继而根据反应中H2与SO4的关系，求得生成的氢气的质量为2
g。
由此可见逆向思维对培养思维的灵活性和敏感性是非常有益的。

例3、等质量的两种金属M和N分别与足量的稀硫酸反应，都生成＋2价金属的硫酸盐和氢气。生成的氢气质量m（纵坐标）与反应时间t（横坐标）的关系如下图
（1）比较M、N两种金属的活动性强弱


（2）由图中的两条直线还可以得出的结论有


【解析】本题给出的是金属与酸反应时生成的氢气质量与时间的曲线，很多学生会感到无从下手，若是逆向思考：曲线上升得越快，说明金属与稀盐酸反应得越剧烈，该金属的活动性越强。同时从图中可以看出M产生的氢气质量比N多，完全反应所需时间少。

例4、根据以下图推断（假设能发生反应的均反应完全）


（1）若B是水，则A是
；（填化学式）

（2）若B是酸溶液，则A是
；（填化学式）

（3）写出C与BaCl2溶液反应的化学方程式：
。


例5、在CO和CO2的混合气体中，氧元素的质量分数为64%，将该混合气体5㎏通过足量的灼热的氧化铜，充分反应后，气体再全部通入足量的澄清石灰水中，得到的白色的沉淀的质量是多少？

【解析】本题如果按部就班，涉及到的反应较多，数据较多，计算繁琐，易于出错。而如果把握住最终反应产物是碳酸钙，采用逆向思维，找出碳酸钙和起始反应物CO和CO2的混合气体之间所存在的C－CaCO3守恒关系，则极易走出“山重水复”，迎来“柳暗花明”。

三、极端思维
极端思维是把研究对象或过程变化通过假设定理想的极端值，得极端情况与实际情况的对比，分析偏差发生的原因，作出合理的判断。
例1、将标准状况下的NO、NO2、O2的混合气体充满容器，倒置于水中完全溶解，无气体剩余，若产物也不扩散，则所得溶液的物质的量浓度的数值范围是　（　　　　）
A.＜
C
＜
B.
＜
C
＜
C.
＜
C
＜
D.无法确定
解析：此题可用极端思维来分析，因溶于水后无气体剩余，若原混合气体中无NO，则发生
4NO2
+
O2
+
2H2O
=
4
HNO3
的反应,　5mol气体转化为４mol
HNO3，C(HNO3)
=
×(mol/L)
=
(mol/L
)；若原混合气体中无NO２,则发生
4NO+3O2
+
2H2O
=
4
HNO3
的反应，７mol气体转化为４mol
HNO3，C(HNO3)
=
×(mol/L)
=
(mol/L)。由于是混合气体，则所得HNO3溶液的物质的量浓度的数值范围是＜
C
＜
。
例2、在密闭容器中进行X2(g)＋3Y2(g)
2Z(g)的反应，其中X2、Y2、Z的起始浓度依次为0.1
mol·L－1、0.3
mol·L－1、0.2
mol·L－1，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能的是（
）
A．c(Z)＝0.5
mol·L－1
B．c(Y2)＝0.5
mol·L－1或c(Z)＝0.1
mol·L－1
C．c(X2)＝0.2
mol·L－1或c(Y2)＝0.6
mol·L－1
D．c(Z)＝0.4
mol·L－1
【解析】假设反应向正方向进行完全，则生成物Z的浓度为：c(Z)＝0.4
mol·L－1，但该反应为可逆反应，故备选项A、D中，c(Z)≥0.4
mol·L－1不合题意。假设反应逆向进行到底，则c(X2)＝0.2
mol·L－1，c(Y2)＝0.6
mol·L－1，显然C也不合题意。
【答案】B
例3、用注射器吸入少量NO２和N２Ｏ４的混合气体，发生如下反应(如图所示)
2NO２（ｇ）
Ｎ２Ｏ4（g)
(1)当活塞迅速向外拉时，气体的颜色先变_________，后变_________；最终和最初相比，_________更深。
(2)当活塞迅速向里推时，气体的颜色先变_________，后变_________；最终和最初相比，_________更深。
例4、一定量的混合气体在密闭容器中发生反应：mA(g)＋nB(g)
pC(g)达到平衡时，维持温度不变，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新的平衡时，气体C的浓度变为原平衡时的1．9倍，则下列说法正确的是（
）
A．m＋n＞p
B．m＋n＜p
C．平衡向逆反应方向移动
D．C的质量分数增加
【解析】当气体体积缩小到原来的1/2，假设平衡未发生移动（虚拟出一种中间状态），则C的浓度为原平衡时的2倍，而事实上平衡发生了移动，平衡移动的结果是C的浓度为原平衡时的1.9倍，则可认为由虚拟中间状态向逆反应方向发生了移动。即增大。
【答案】BC
例5、一容积固定真空密闭容器中，盛有1
mol
PCl5，加热到200℃时发生反应：PCl5(g)
PCl3(g)＋Cl2(g)反应达到平衡时，PCl5所占体积分数为a%，若在同一温度和同一容器中，最初投入的是2
mol
PCl5，反应平衡时，PCl5所占体积分数为b%，则a和b的关系是（
）
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．无法比较
【解析】（虚拟法）题目给出了状态1和状态2，为解决问题虚拟出状态3，状态3容器容积是状态1（或状态2）的2倍。
显然由状态3变到状态2只须将容器容积缩小到它的1/2即可。该过程是一个加压过程，对于题给反应，加压平衡向逆反应方向移动，PCl5物质的量及其百分含量都增大，故b%＞a%。
【答案】B
四、转化思维
转化思维是指不要被所给问题的形式所束缚，而能依具体情况进行“变通”。如将一个难题分解成几个简单的小问题将直接难求解的问题变为间接求解的问题等。这种问题变换的技巧常用于解繁杂的综合性计算题、陌生的信息题和书写复杂的化学方程式等。有些题目的思维方法分析时很繁琐，甚至会陷入绝境。如能转换一下研究对象，则会“绝处逢生”。
例1、有由环己醇、丙酮和戊醛组成的混合物共２.00g，完全燃烧后使所得气体通过盛有P2O5的干躁管，干躁管增重１.998g。原混合物的平均相对分子质量为　　（　　　）
A.
74.75
B.
86.00
C.
71.43
D.81.33
解析：按常规方法解此题似乎不可能，但巧用转换的方法则可快速求解。由题意知，产生水的质量为
=
0.111mol。
将混合物中各物质的组成做如下“转换”：环己醇C6H12O→(CH2)6O,
丙酮C3H6O→(CH2)3O,
戊醛C5H10O→(CH2)5O,即由三者组成的混合物可看作是由CH2和O两部分组成的。设混合物中环己醇、丙酮、戊醛的物质的量分别为x、y、z，则根据CH2~H2O关系知混合物中含CH20.111mol，含O(x+y+z)mol,即有等式0.111×14
+
(x+y+z)×16=2.00
(x+y+z)=（2.00-0.111×14）/16
=0.028
M=m总/n
总=2.00/0.028=71.43
例2、化合物(1)AB中含B 36.36%，化合物(2)BC4中含50%，(3)则化合物ABC4中含B为( )
Ａ.12.64%
Ｂ.14.09%
Ｃ.19.65%
Ｄ.21.1%
解析：此题乍看，似乎无从入手，甚感困惑。若据题意运用等量代换的方法来解，则十分简洁明了。将原题分为三个层次。由(1)得AB式量＝B/0.3636，由(2)得B＝2C，∴在ABC4中，B%＝B/AB+2×2C×100%＝B/AB+2B×100%＝21.1％。
此解中，关键是用B作过渡桥梁。答案为ABC4。
例3、元素Ａ、Ｂ可形成化合物Ｘ、Ｙ，其质量组成为：Ｘ中Ａ占23/31，Ｙ中Ｂ占16/39。已知Ｙ的最简式为ＡＢ，则Ｘ的最简式为( )
Ａ.AB2
Ｂ.A2B
Ｃ.A3B2
Ｄ.A4B3
解析：已知Ｙ的最简式为ＡＢ，Ｂ占16/39，则Ａ占23/39，若设ＡＢ式量为39（第一 次转换），则A/B＝23/16，联想到23为Ｎａ，16为０（一般向具体转换，第二次转换），则最简式为Ｎ2０。分子式为Ｎａ2Ｏ2。同理，设Ｘ的式量为31，Ａ为23，Ｂ为31-23＝８，得ＮａＯ1/2，即Ｎａ2Ｏ,∴Ｘ为Ａ2Ｂ,选(Ｂ)（由具体向一般转换）。这里进行了三次思维转换，灵活巧妙。
例4、1.5毫升0.02摩/升的石灰水3份,均加入0.02摩/升的H3PO4溶液,恰好完全反应,分别生成Ca3(PO4)2、CaHPO4、Ca(H2PO4)2，所需加入的H3PO4的体积比为( )
Ａ.１：２：３
Ｂ.３：２：１
Ｃ.６：３：２
Ｄ.２：３：６
解析：若据题意列式计算，则十分麻烦。若作如下拆分变换推算，则十分简便。由上述三种生成物分子式得知，Ｃａ、Ｐ元素的原子数之比为３：２、１：１、１：２。变换为３：２、３：３、３：６，则Ｐ元素的原子数已变换为２：３：６。而Ｐ由Ｈ３ＰＯ４提供，且浓渡已定，其量的多少显然只决定其体积了，所以Ｈ３ＰＯ４体积之比为２：３：６，答案为(Ｄ)以上三例，分别应用等量关系、联想迁延、拆分方法，论说了代换、转换、变换思维方式在解题中的作用 ,当然还有其它转换思维解题的方法,诸如：应用倍缩变换法解题，应用关系式变换法解题等。它们在求解某些计算型化学题中，都发挥了独特的重要作用。
五、有序思维
顺着一定的线索，按照一定的规律有条不紊地思考，按部就班地分析，由此及彼地推理，即为有序思维。在解题中应从题意入手，缕出条理，使分析有序，解题有据，只有这样，才能有效地防止遗漏和重复，找出正确的解题途径。
例1、现有Fe、Cu组成的合金，其总物质的量为amol，Cu的物质的量分数为x.。将合金研成粉末后全部投入含bmol
HNO3的稀溶液中，微热，使其充分反应，硝酸的还原产物只有NO。
⑴用微粒符号填写下列空白（列举出全部可能的情况）：
组序成分
①
②
③
④
⑤
⑥
残留固体的成分
溶液中的金属离子
（2）当溶液中的金属离子只有Fe2+、Cu2+时，b的取值范围是（用a
、x表示）
。

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