全国高中学生化学竞赛是学生在教师指导下的研究性学习,是一种课外活动。从竞赛的基本要求来看,高中化学竞赛重在考查学生的综合应用能力和信息迁移能力。它要求参赛的学生必须头脑灵活,思维活跃,兴趣广泛,以及有扎实的基础知识。在竞赛初期指导学生备战化学竞赛时,我主要从以下几个方面进行,最终收到了良好的效果,取得了优异的竞赛成绩。
一、扎扎实实地打好基础,遵循循序渐进的原则。
化学竞赛辅导要有计划性、目的性,在不同阶段有不同的目的,所以辅导的内容要符合学生的知识水平,在竞赛的初期,选择的题目不宜太难,能够培养学生的兴趣和求知欲望,让学生能够通过自己的观察思考,找到解决问题的思路和方法,增强学生的自信心。
学生在学习了高中有机化学有关醇的知识后,我给参加竞赛辅导的学生选择了以下练习题:
已知纤维素在细菌的作用下可发生以下反应 (C6H10O5)n + n H2O → 3n CO2 + 3n CH4(放热反应)
(1)请设想出这一总反应的实际价值和意义;
(2)在实现这一总反应的过程中,对中间产物乙醇进行甲烷的发酵研究中,曾做过如下同位素示踪实验:2CH3CD218OT+14CO2→ 2CH3C18OOD+14CD2T2↑(方程式中“D”为“2H”,“T”为“3H”)
在同样反应条件下,试预测下列反应的产物:
2CH3CH2OD+C18O2 →
4CH3CH(OH)CH3+14Cl8O2→
解题思路分析:第(1)问属于开放性试题,可从很多方面作答,难度不大。如利用玉米秆、杂草、树叶等农作物的废弃物(均含纤维素)经微生物发酵之后便有沼气产生,它是农村能源的一种重要来源,也是扩大肥源、提高肥效和改善农村卫生条件的重要措施。
第(2)问似乎无从下手,但若仔细分析题目给出的同位素示踪实验不难发现,最终乙醇和CO2反应变成了乙酸,属于氧化反应,而有机化学中的氧化反应可从“加氧和去氢”两个角度进行分析,就不难得出实验所给的产物。受此启发,学生按照同样的分析思路很快得出了另外两个反应的产物。
2CH3CH2OD+C18O2 → 2CH3CO18OH+CH2D2↑
4CH3CH(OH)CH3+14Cl8O2 →4CH3COCH3+14CH4↑+ 2H218O
二、准确把握有关概念和原理,注重培养学生的审题能力。
高中化学竞赛基本要求中涉及的概念和反应原理特别多,指导学生理解好概念、原理的内涵和外延,对于正确快速的解答问题显得尤为重要。
如在指导学生做2000年初赛的一道试题时,题目如下:请用勒沙特列原理解释如下生活中的常见现象:打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯,杯中立即泛起大量泡沫。此题共6分,学生很容易由于审题不仔细而丢掉一半分或得0分,所以指导学生学会审题,读懂题目要求很重要。解答此题要注意以下2点:一是必须用勒沙特列原理解释,所以要找到啤酒中存在的CO2的溶解平衡CO2(气) CO2(溶液);二是打开“冰镇啤酒”把啤酒倒入玻璃杯时,温度和压强都发生变化,所以要从温度升高和压强减小两个角度解释对上述平衡的影响。
学习了化学平衡后,我还让竞赛的学生做了1996年的一道高考试题,由于对可逆反应的特点理解不到位和审题不仔细,满分为6分的题目,绝大多数学生只能得到1~2分,丢分非常严重。
题目:在一个容积固定的反应器中,有一可左右滑动的密封隔板,两侧分别进行如图所示的可逆反应.各物质的起始加入量如下:A、B和C均为4.0mol、D为6.5mol、F为2.0mol,设E为xmol.当x在一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于反应器的正中位置.请填写以下空白:
(1)若x=4.5,则右侧反应在起始时向 (填"正反应"或"逆反应")方向进行.欲使起始反应维持向该方向进行,则x的最大取值应小于 .
(2)若x分别为4.5和5.0,则在这两种情况下,当反应达平衡时,A的物质的量是否相等? (填"相等"、"不相等"或"不能确定").其理由是 .
分析解答:第(1)问学生存在的普遍问题,不能正确求出x的最大取值,原因在于没有分析出右侧可逆反应达到平衡时的两个特点:一是反应混和物总的物质的量是12 mol,二是可逆反应不能进行到底(可列出一个不等式),这样问题才能迎刃而解。
提示如下:设达平衡时E的消耗量为2a mol
D + 2E 2F
起始时:6.5 x 2.0
平衡时:6.5-a x-2a 2.0+2a
因左侧反应混和物总的物质的量为12 mol,所以达平衡时,右侧反应需满足:
第(2)问大多数学生根据左侧反应的特点(两边气体系数和相等),得出A的物质的量相等的结论,导致全盘皆输。事实上此问的答案就在题目中,问题的关键在于没有看清平衡建立的条件:当x在一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于反应器的正中位置,即x取值不同时,温度亦不同,而温度改变时平衡一定发生移动,由此得出正确的结论。
答案: (1)正反应 (1分) 7.0(2分)
(2)不相等(1分) 因为这两种情况是在两个不同温度下达到化学平衡的,平衡状态不同,所以物质的量也不同.(2分)
评分说明: (2)对于理由,需答出"不同温度下"或"温度不同"等含义,否则此空为0分.
三、从多个角度找到解决问题的方法,注重培养学生一题多解的能力。
在高中化学竞赛试题中,有些题目特别是计算题的解题方法肯定不是唯一的,如何能多角度的找到解决问题的方法,是对学生思维灵活性和计算能力的考验。
题目:已知Cl-与Ag+反应生成AgCl, 每次新生成的AgCl 中又有10%见光分解成单质银和氯气, 氯气又可在水溶液中歧化成HClO3 和HCl。而这样形成的Cl-又与剩余的Ag+作用生成沉淀, 如此循环往复直到最终。现有含1.1molNaCl 的溶液, 向其中加入足量AgNO3溶液, 求最终能生成多少克难溶物(Ag 和AgCl)?
思路分析:该题循环的过程符合等比数列的特点,故可从数学思维的角度来解决这一化学问题;该题涉及的反应多为氧化还原反应,故也可从得失电子守恒的角度进行分析求解;在溶液中进行的反应应遵循原子个数守恒和电荷守恒,故也可从这个角度分析求解。等等。
解法一:根据总反应式求解。
本题涉及三个反应:Ag++Cl-=AgCl①,2AgCl=2Ag+Cl2↑②, 3Cl2+3H2O=HClO3+5HCl③,消去循环量,可运用总反应式求解。
由①×60 + ②×3 + ③得:
60Ag++55Cl-+3H2O=54AgCl↓+6Ag↓+ClO3-+6H+
因Cl-为1.1mol,根据总反应式可求得AgCl 为1.08mol,Ag 为0.12mol。
则难溶物AgCl和Ag的质量为:143.5×1.08+108×0.12=167.94g。
解法二:根据Cl守恒求解。
根据题意,无论反应怎样进行,产物最终满足n(AgCl):n(Ag)=9:1,设对应的物质的量分别为9xmol与xmol,则AgCl分解产生的Cl2为x/2mol;Cl2在歧化过程中,n(HCl):n(HClO3)=5:1,所以n(HClO3)=x/6,
故根据Cl守恒可得:9x+x/6=1.1,求得x=0.12 mol,9x=1.08mol;难溶物的质量为:143.5×1.08+108×0.12=167.94g。
解法三:根据Cl守恒和得失电子守恒求解。
因产物最终满足n(AgCl):n(Ag)=9:1,设生成x mol Ag、9x mol AgCl,
则由氯原子守恒可知生成的HClO3为(1.1-9x)mol。
根据反应过程中得失电子守恒得: x×1=(1.1-9x)×6,求得x=0.12mol,
即难溶物的质量为:143.5×9×0.12+108×0.12=167.94g。
解法四:运用数列的知识求解。
有关反应:Ag++Cl-=AgCl,2AgCl=2Ag+Cl2↑, 3Cl2+3H2O=HClO3+5HCl。
第一次全部产生的AgCl 物质的量为1.1mol;同时分解的AgCl 为1.1×10%mol,产生的Ag为1.1×10%mol, 分解后所产生的Cl-为;第二次产生的AgCl 物质的量为 , 产生Ag 为,分解所产生的Cl-为……第n 次后AgCl 的物质的量为,产生的Ag 为。
故产生AgCl 总物质的量为:
同理产生的Ag 的总物质的量为:
故难溶物AgCl和Ag的质量为:143.5×1.08+108×0.12=167.94g。
四、注重能力培养,特别是培养学生的信息迁移及应用能力。
信息迁移题在化学竞赛中的比例相对较大,信息题的特点往往是起点较高,落点较低。解答信息题的关键是领会好题目所给的信息及隐含的深层含义,不能比着葫芦画瓢,要学会灵活迁移应用。
例如下面一题:已知:
]
现有只含C、H、O的化合物A~F,有关它们的某些信息,已注明在下面的方框内.
(1)在化合物A~F中有酯的结构的化合物是(填字母代号) .
(2)把化合物A和F的结构简式分别填入下列方框中.
思路分析:这是一道非常经典的有机信息推断题。解答此题首先要特别熟悉羟基、醛基、羧基等官能团的相互转化,再就是对题目所给信息的加工处理问题。
重点理清以下关系 A→B→C:进行了羟基的酯化和醛基的氧化,A→D只进行了醛基的氧化,而结果是C比D的分子量增加了84(与羟基的酯化有关)。从题文所给信息可以看出:乙醇和乙酸发生酯化反应后,其分子量增加了42,由C与D分子量之差为84,可以确定A中有两个羟基,并且不连在同一个C原子上(题给信息),且A的分子量不超过90(因一个醛基氧化成一个羧基式量增加16),由此可顺利推出A的结构简式,其它问题可迎刃而解。.
答案:(1)B、C、E、F .
(2)
总之,化学竞赛辅导工作千头万绪,参与竞赛辅导学生的选拔及水平、学生兴趣的培养、辅导内容深广度的把握尤为重要。化学竞赛的内容应根据化学竞赛必须遵循的规律及特点来安排。化学辅导要有计划性、目的性、阶段性,而有计划地培养和提高学生的自学能力、思维能力、搜集和提炼新信息的能力、创新能力及应变能力至关重要。