摘要:4 规范性 化学计算十分强调计算过程的规范性.在物质的量应用于化学方程式的计算时尤为突出.但由于化学计算涉及的概念广泛.公式及其变形众多.各种参考资料中的解题技法对规范解题没有统一的要求.从而导致解题多样化而缺乏统一规范的局面. 由于中学阶段化学计算的上述特征导致化学计算教学的非统一性.不同教师对化学计算的理解也存在差异.最终导致学生对化学计算仅仅停留在“依样画葫芦 的模仿水平.同时加上各种计算技巧的“狂轰滥炸 .常常会使学生在解决具体问题时“张冠李戴 . 3 化学计算的实质思考 我们认为.中学教学中的化学计算.不论是否牵涉有关概念.其本质都是一致的.都是基于比例关系而建立并发展的(表3). 表3 中学阶段各类化学计算的比例本质 计算类型 基本概念 计算本质 1.化学用语计算 元素的质量分数 化合物中部分的比例关系 元素的质量比 化合物中部分的比例关系 化学方程式 化学反应中各物质的数量(物质的量.质量.气体体积.微粒数)之间的比例关系 热化学方程式 化学反应中各物质的数量(物质的量.质量.气体体积.微粒数)与反应热之间的比例关系 2.物质的量计算 摩尔质量 某物质的质量与物质的量的比例关系 气体摩尔体积 某气体的体积与物质的量的比例关系 阿伏加德罗常数 某物质的微粒数与物质的量的比例关系 3.多组分系统计算 溶质的质量分数 溶液中部分的比例关系 物质的量浓度 溶液中部分的比例关系 溶解度 饱和溶液中部分的比例关系 化学反应速率 某物质的浓度变化量与转化时间之间的比例关系 平衡常数 平衡时生成物与反应物之间的比例关系 转化率 某反应物的部分之间的比例关系 由此可见.各类计算都是基于比例关系建立的.因此在教学中应巩固这一共同的关系.构建统一的化学计算解题模式.从而使学生在化学计算所使用的方法形成固有的稳定结构. 同时.化学计算的解题过程本质上就是问题解决的过程.人们在解决问题时.首先要从大脑中搜索与问题匹配的原型.如果不能找到原型就需要经过问题解决的一系列步骤(图2)来解决问题.事实上.问题识别是问题解决过程中最难的一步.让学生长期应用统一的解题模式无疑能有效地帮助学生缩短问题识别的时间.即使在碰到陌生问题时也不至于束手无策.也会尝试用这一统一的模式来解决. 4 化学计算的形式统一 基于对化学计算的比例本质的理解.我们尝试构造基于比例关系的化学计算形式.

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几何学是解决物质结构问题的基础。C60(每个碳原子与周围3个碳原子相连,如下图)是一系列碳原子簇合物(即富勒烯)的一个典型代表,它的应用十分广泛,涉及光学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18世纪俄罗斯数学家莱昂哈德·欧拉通过理论论证,明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有12个五边形方能闭合成多面体。试回答:

(1)由12个五边形构成的最小碳笼的化学式为__________,计算过程为__________________。

(2)除碳原子能形成笼形球状分子外,实验中还发现了以金属原子部分取代碳原子的“金属——碳原子”团簇分子,即金属碳烯,若金属碳烯的价电子总数与碳原子团簇分子的价电子总数相等,你认为能代替碳原子的金属有________________(填在周期表中的位置)。

(3)在最小的金属碳烯原子簇化合物中,金属与碳原子个数比为2∶3,这种最小金属碳烯团簇分子的化学式为_______________(用M代金属)。

(4)计算机技术的发展带动了理论化学的发展。最近,美国研究人员通过理论计算证明,可以用24个X原子和24个Y原子代替48个碳原子形成C12X24Y24新的团簇分子。若已知这种全非金属团簇分子与C60价电子总数相等,且X、Y、C元素位于同一周期,X的原子半径小于Y的原子半径,则在12个五边形中,每个五边形中有________个X原子,有________个Y原子,X是________元素,Y是_________元素。

(5)目前,化学家已经找到十余种富勒烯家族成员,如C28、C32、C50、C60、C70……(富勒烯家族成员还在增加),它们的分子结构都是由正五边形和正六边形构成的封闭的凸多面体,则C80结构中五边形和六边形的个数分别是_________和_________。

(6)下列物质不属于富勒烯家族的有___________。

A.C18             B.C44          C.C72                  D.C83

(7)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如下图所示)。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角,每个顶角上各有一个硼原子。请根据观察和计算确定:

①该基本结构单元内,所含硼原子的个数为__________;所含B—B键的数目是__________。

②若将晶体硼结构单元的每个顶角削去,余下部分就和C60晶体的结构相同。据此确定,C60是由__________个正六边形和__________个正五边形构成。

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几何学是解决物质结构问题的基础。C60(每个碳原子与周围3个碳原子相连,如下图)是一系列碳原子簇合物(即富勒烯)的一个典型代表,它的应用十分广泛,涉及光学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18世纪俄罗斯数学家莱昂哈德·欧拉通过理论论证,明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有12个五边形方能闭合成多面体。试回答:

(1)由12个五边形构成的最小碳笼的化学式为__________________________________,计算过程为_________________________。

(2)除碳原子能形成笼形球状分子外,实验中还发现了以金属原子部分取代碳原子的“金属——碳原子”团簇分子,即金属碳烯,若金属碳烯的价电子总数与碳原子团簇分子的价电子总数相等,你认为能代替碳原子的金属有____________________________________(填在周期表中的位置)。

(3)在最小的金属碳烯原子簇化合物中,金属与碳原子个数比为2∶3,这种最小金属碳烯团簇分子的化学式为_____________________________(用M代金属)。

(4)计算机技术的发展带动了理论化学的发展。最近,美国研究人员通过理论计算证明,可以用24个X原子和24个Y原子代替48个碳原子形成C12X24Y24新的团簇分子。若已知这种全非金属团簇分子与C60价电子总数相等,且X、Y、C元素位于同一周期,X的原子半径小于Y的原子半径,则在12个五边形中,每个五边形中有___________个X原子,有___________个Y原子,X是___________元素,Y是___________元素。

(5)目前,化学家已经找到十余种富勒烯家族成员,如C28、C32、C50、C60、C70……(富勒烯家族成员还在增加),它们的分子结构都是由正五边形和正六边形构成的封闭的凸多面体,则C80结构中五边形和六边形的个数分别是_________和_________。

(6)下列物质不属于富勒烯家族的有___________。

A.C18                      B.C44                   C.C72                                    D.C83

(7)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如下图所示)。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角,每个顶角上各有一个硼原子。请根据观察和计算确定:

①该基本结构单元内,所含硼原子的个数为__________;所含B—B键的数目是__________。

②若将晶体硼结构单元的每个顶角削去,余下部分就和C60晶体的结构相同。据此确定,C60是由__________个正六边形和__________个正五边形构成。

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