10 差量法-高中化学思想方法导引课

差量法 一、方法溯源 在化学研究和实践中，人们的物质在发生化学反应时，各物质的物理量（如质量、物质的量、气体体积等）会遵循一定的规律发生变化 。随着对化学反应中量的关系研究的深入，科学家们发现，在许多化学反应中，反应前后某些物理量存在固定的差值，且该差值与反应物或生成物的量存在特定的比例关系。通过对大量化学反应的观察和总结，逐渐形成了利用这种差值进行化学计算的方法，即“差量法”。在高中化学教学中，教师将这一方法引入课堂，帮助学生更快速、简便地解决涉及化学反应中量的变化的计算问题，使“差量法”成为高中化学学习中的重要解题方法之一。 二、核心化学思想 “差量法”的核心化学思想是利用化学反应中某一物理量（质量、物质的量、气体体积、压强等）在反应前后的差值，建立该差值与反应物或生成物的实际变化量之间的比例关系，从而简化计算过程。其本质是基于化学反应的定量关系，抓住反应前后物理量变化的本质原因，通过差值来反映实际发生反应的物质的量的变化情况。例如，在有固体或气体参与的反应中，反应前后固体质量的增减、气体体积的变化等差值，都与参与反应的物质的量存在对应关系，通过分析和利用这些差值，能够快速求解未知量，避免繁琐的常规计算步骤。 三、解决的问题 ① 简化质量相关计算：解决涉及化学反应前后固体或溶液质量变化的问题，如金属与酸反应、碳酸盐分解、金属与盐溶液的置换反应等过程中质量的改变，通过质量差量快速计算反应物或生成物的质量。 ② 处理气体体积变化计算：在有气体参与或生成的反应中，根据反应前后气体体积的差值，计算气体的物质的量、体积或其他相关物理量，如烃的燃烧反应、气体的制备和反应等。 ③ 分析物质的量变化：利用物质的量在反应前后的差值，计算反应物的转化率、生成物的产率等，或者确定反应中各物质的物质的量关系。 ④ 解决多步反应计算：对于涉及多个连续化学反应的复杂计算问题，通过找出整个过程中某一物理量的总差值，结合各步反应的定量关系，简化计算过程，提高解题效率。 四、方法应用示例（结合新高考题型） 例题1 利用质量差量计算反应物质量 题目 将铁片放入溶液中，一段时间后取出铁片，洗净、干燥，称得铁片质量为，求参加反应的铁的质量。 解题步骤： ① 分析反应及差量产生原因： 铁与硫酸铜发生置换反应，每铁参加反应，会生成铜，固体质量增加 。（结合图形想象，绘制一个装有硫酸铜溶液的烧杯，插入铁片，标注反应前铁片质量为，反应后铁片质量变为，用箭头和文字说明质量增加的原因是生成的铜附着在铁片上） ② 建立比例关系： 设参加反应的铁的质量为，根据上述分析可知，固体质量增加时，有铁参加反应；现在固体质量增加了，则可列出比例式 。 ③ 求解未知数： 通过交叉相乘可得，解得 。 例题2 基于气体体积差量的计算 题目 在标准状况下，将和的混合气体通过足量的灼热氧化铜粉末，充分反应后，气体体积变为（标准状况），求原混合气体中的体积。 解题步骤： ① 分析反应及差量产生原因： 与灼热的氧化铜反应，每（）参加反应，会生成（），气体体积增加（这里是从物质的量角度，实际反应前后气体物质的量不变，但由于转化为，导致气体成分改变，体积发生变化） 。（结合图形想象，绘制一个装有灼热氧化铜的硬质玻璃管，混合气体从一端通入，另一端导出，标注反应前气体体积为，反应后变为，用箭头和文字说明体积变化是因为转化为）实际上，每体积反应后气体总体积增加体积（因为反应前后气体物质的量不变，根据，在相同条件下，体积与物质的量成正比）。 ② 建立比例关系： 设原混合气体中的体积为，已知气体体积增加了，则可列出比例式 。 ③ 求解未知数： 解得 。 例题3 利用物质的量差量计算产率 题目 将 和 在一定条件下发生反应，达到平衡时，混合气体的总物质的量为，求的产率。 解题步骤： ① 分析反应及差量产生原因： 由反应方程式可知，每 和 完全反应生成 ，气体物质的量减少 。（结合图形想象，绘制一个密闭的反应容器，标注起始时、的物质的量，以及平衡时混合气体的总物质的量，用箭头和文字说明物质的量减少的原因是反应生成了氨气） ② 计算物质的量差值： 起始时气体总物质的量为，平衡时为，物质的量减少了 。 ③ 建立比例关系求生成的物质的量： 设生成的物质的量为，则 。 ④ 求解未知数并计算产率： 解得，理论上 完全反应应生成 ，所以的产率为 。 五、练习题 ① 把铁片投入到 溶液中，充分反应后取出铁片，洗涤、干燥，称得铁片质量为，求原溶液的溶质质量分数。 ② 在标准状况下， 和的混合气体质量为，将其通过足量的灼热氧化铜，反应完全后气体体积（标准状况）变为多少升？ ③ 加热 和的混合物至质量不再变化，剩余固体质量为，求原混合物中的质量分数。 ④ 将铜与一定量的浓硝酸反应，铜完全溶解后，共收集到气体（和）（标准状况），求反应消耗的硝酸的物质的量。 ⑤ 一定条件下，和反应生成，反应前和的混合气体体积为，反应后混合气体体积变为（气体体积均在相同条件下测定），求的转化率。 【答案】 ① 解：设参加反应的的质量为。 由可知，每 反应，固体质量增加 。 现在固体质量增加了，则 。 解得 。 原溶液的溶质质量分数为 。 ② 解：设混合气体中的物质的量为，的物质的量为 。 则 。 解得， 。 与氧化铜反应， 反应生成 。 反应后气体总物质的量为 。 反应后气体体积为 。 ③ 解：设原混合物中的质量为 。 ，每 分解，固体质量减少 。 现在固体质量减少了，则 。 解得 。 原混合物中的质量分数为 。 ④ 解： 。 气体 。 根据原子守恒，反应消耗的硝酸的物质的量等于生成硝酸铜中原子的物质的量与生成气体中原子的物质的量之和 。 生成硝酸铜中原子的物质的量为，生成气体中原子的物质的量为 。 所以反应消耗的硝酸的物质的量为 。 ⑤ 解：设参加反应的的体积为 。 ，每体积反应，气体体积减少体积 。 现在气体体积减少了，则 。 解得 。 的转化率为（因为反应前和按反应，混合气体中体积为） 。 六、学习技巧总结 ① 准确判断适用条件：在解题时，首先要判断题目是否适合使用差量法。一般来说，当题目中涉及化学反应前后某一物理量（质量、体积、物质的量等）的差值，且该差值与反应物或生成物的量存在明确的比例关系时，可考虑使用差量法 。 ② 明确差量本质原因：深入分析差量产生的原因，理解差量与化学反应中各物质的量之间的内在联系。只有清楚差量是如何由化学反应引起的，才能正确建立比例关系进行计算 。 ③ 规范建立比例关系：根据化学反应方程式和差量的对应关系，准确列出比例式。在列比例式时，要注意各物理量的单位统一，对应关系清晰，确保计算的准确性 。 ④ 结合其他方法解题：差量法并非孤立使用，在实际解题中，常常需要与其他化学计算方法（如守恒法、关系式法等）结合使用 。灵活运用多种方法，能够更高效地解决复杂的化学计算问题 。 学科网（北京）股份有限公司 $