感受化学计算的魅力

[摘 要]化学计算是中考化学的重要组成部分，课程标准虽然对化学计算的要求有所降低，但对学生综合应用能力的要求却越来越高。化学计算题不应该是单纯的凭空设计的化学计算，其情境应该与化学分析、生产实际和学生生活体验相联系，尽可能从环境保护、生产生活、资源利用三个方面展示化学计算的独特魅力。

[关键词]化学计算；中考化学；计算题

[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）14-0071-02

化学计算是化学基本技能的重要组成部分。化学计算既要从质的方面来揭示物质的变化规律，又要从量的方面来研究物质的变化结果，两方面互相联系，互为补充。化学计算的根据是化学反应遵循质量守恒定律和纯净物具有确定的化学元素组成的原理。掌握好化学计算技能的关键是正确理解题意，正确使用化学基本术语和原理，善于从中找出其中的等量关系、比例关系或函数关系。

对化学计算题的思考不应局限于计算技巧，更应对其在生产、生活方面的应用价值进行思考，重视计算原理在实验中，在生产、生活中的应用，这对培养学生从化学的角度思考问题的能力非常必要。中考计算题已不仅仅是单纯的数学运算，且逐步走出人为编制的、没有实际价值的偏、难、怪的误区，重新走到基本思想和方法的正确轨道上来，重点考查学生运用所学化学概念、理论知识解决实际问题的能力，真正体现了化学计算的特点。因此中考化学计算题更多的是通过一定的真实情境——实验探究过程或生活中的一些素材，对化学计算思想进行考查。

一、化学计算与环境保护

由于人类生产、生活等因素的影响，环境污染问题越来越引起人们的关注。保护环境是我们义不容辞的责任。但在讲到环境污染问题时，我们很多时候只是举例说明一下，学生对环境污染很少有数量的概念。因此我们在进行化学计算教学时，完全可以把环境问题与化学计算融合在一起，使学生更直观地认识到保护环境的重要性。

【例1】 （2006·苏州）秸秆是一种相对清洁的可再生能源，平均含硫量只有千分之三点八（3.8‰），而煤的平均含硫量约为百分之一（1%）。某地燃烧秸秆的发电厂一年燃烧秸秆约2.0×105 t，可节约煤1.0×105 t。假设燃料中的硫元素经燃烧后全部转化为SO2，试计算该发电厂燃烧秸秆比燃烧煤每年少排放SO2多少吨？

本题计算难度不高，只要厘清题意，很容易计算出一年燃烧秸秆比燃烧煤少排放480 t SO2，本题主要是让学生通过计算认识到要产生相同的热量，燃烧秸秆比燃烧煤产生的SO2要少得多，燃烧秸秆更加环保；对煤，最好能进行综合利用，直接将其作为燃料，不仅浪费资源，而且会造成环境污染。以学生自己计算出来的数据来说明煤作为燃料的缺点，让学生更深刻地认识到选择燃料时要从多方面考虑。本题的设计意图是引导学生对计算结果进行反思：对于燃料的选择，不但要考虑经济效益，更要顾及环境安全。

【例2】 （2015·苏州）用石灰石浆吸收废气中的二氧化硫，其反应原理是：2CaCO3+O2+2SO2 [高温]2CaSO4+2CO2 。若1000 kg废气中含有1.6 kg的二氧化硫，则至少需要含90%碳酸钙的石灰石多少千克才能将其完全吸收？

【例3】 （2005·苏州）煤是一种化石燃料，用煤作燃料生成的SO2气体会造成环境污染。有一种煤每燃烧1 t就会释放出53. 3 kg SO2。如果将产生的SO2用熟石灰来完全吸收，其反应的化学方程式为： SO2 + Ca（OH）2 = CaSO3 + H2O，那么燃烧5 t这种煤产生的SO2在理论上需要用多少千克的Ca（OH）2 来吸收？

看到上面这两道中考题，我们会想到什么？仅仅当作计算题来解答，还是在此基础上当作一种信息源加以思考？这两道题的计算难度不大，只要根据给出的化学方程式，找到相应物质的量的关系，就可以算出结果。但是出题者的本意应该是希望我们能够对题目进行进一步的深入思考。以熟石灰吸收SO2为例，可以将其延伸到生产生活环境當中。例如，讨论1：原煤中含硫量一般比较高，在1.5%～3%之间，直接利用原煤污染较大。有关部门规定，在市区所使用的煤必须要经过脱硫处理，使其含硫量低于0.8%。请分析例3的题给信息，判断题中所使用的煤是脱硫煤还是原煤。讨论2：如何处理SO2从而减小其对环境的污染？（还可以继续深入）讨论3：已知NaOH和Ca（OH）2 都可以用来吸收SO2，且已知下列条件：（1）溶液的吸收效果明显高于固体；（2）NaOH售价3080元/吨，Ca（OH）2 售价350元/吨。提问：（1）若同样吸收64 kg的SO2，需要NaOH较多还是Ca（OH）2 较多？ （2）请根据上述材料说明：实验室中吸收SO2用NaOH较多而工业上用Ca（OH）2 较多的原因。

通过以上的进一步讨论、比较，看似拓展计算，实际上加深了化学计算与生产生活环境的紧密联系，使学生更加感性地认识到化学计算对改善环境起着重要的作用。

二、化学计算与生产生活

学习化学计算的最终目的主要是为了应用到实际的生产生活当中，而不是为了掌握单纯的计算技巧。计算题的编制只有符合工业生产和生活实际，学生在解题的过程中才能切实体会到学习化学计算并不是纯数字、纯思维的训练，而是具有实用价值的。既然如此，在化学计算题的编制过程中，只要稍加注意，使理论与实际相联系，让学生在解题过程中发现化学的实用价值。

【例4】 （2006·苏州）某工厂采购到一批钢材，质检员为检验其含碳量，需要用抽样对比的方法进行化验。他先称取含碳量为0.5%的标准钢样1.50 g，让其在足量的氧气中充分燃烧，最终收集到通常状况下的二氧化碳13.8 mL。再称取待测钢样1.50 g ，用同样的方法在相同条件下收集到二氧化碳16.6 mL。求待测钢样的含碳量（计算结果精确到0.1%）。（已知通常状况下，二氧化碳的密度为1.99 g/L）

本题可以有不同的解题方法，可以根据方程式计算，可以用碳元素守恒法计算，最简便的是按比例计算。通过本题的分析，学生了解到化工生产中的计算也是用化学基础知识甚至数学中简单的比例关系来解答的。本题的编制让学生感受到了工业生产中钢材含碳量的测定方法。化学计算绝不应该是纯理论的计算，而应该是运用理论知识解决实际问题的计算。

【例5】 （2008·苏州） 国家“西气东输”工程使得东部沿海地区广大居民用上了天然气（主要成分是甲烷）作燃料。已知l kg甲烷燃烧生成液态水和二氧化碳，放出的热量约为5.87×107 J。试填空： （1）参加上述反应的氧气和生成的二氧化碳的化学计量数之比ν（O2）：ν（CO2）= ； （2）若l kg甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳，放出的热量 5.57×107J（选填“>” “<”或“=”）；（3）16 kg甲烷燃烧生成水和二氧化碳，至少消耗氧气的质量为 kg。

本题的计算对象是学生家里常用的天然气，学生会感觉到化学计算就在身边。这种类型的计算题的编制就很有实用价值，学生愿意去分析，愿意去计算，这样的计算题不再使学生觉得枯燥无味。化学计算与生活实际的联系，让学生更深刻地认识到化学就在我们身边，为了我们的生活更加美好，我们应该学好化学。

三、化学计算与资源利用

当今社会各种资源比较紧缺，在化工生产过程中必须要考虑生产成本，节约原料，因此必须要考虑反应物的利用率。虽然学生是不需要进行实际生产操作的，但是通过化学计算可以让学生从数据上直接认识到生产同一种产品，选择不同的原料区别很大，我们应该尽可能地选择转化率高的原料，从而充分利用资源，节约原料，做到物尽其用。

充分利用资源，就是要考虑反应物中原子利用率的高低。如在进行O2的制备时，我们完全可以通过一些简单的计算来讨论原料选择的优缺点：（1）过氧化氢制氧气过程中氧原子的利用率是多少？生成氧气占反应物中过氧化氢质量的百分比是多少？（2）高锰酸钾制氧气过程中对氧原子的利用率是多少？生成氧气占反应物中高锰酸钾质量的百分比是多少？通过计算结果的比较，从原子利用率方面不难看出，选择过氧化氢要优于高锰酸钾。当然，也可以从别的方面比较两者制备O2的优缺点。

实验室制备氧气的量比较少，选择高锰酸钾还是过氧化氢作为原料，可能区别并不大。但在实际工业生产中，大批量的生产某种产品时，原子利用率的高低就显得尤为重要了。另外，用同樣的原料，选择不一样的途径，最终的生产成本也会不一样，对环境的影响也可能不同。例如，工业上以铜为原料生产硫酸铜，可以选择以下两种途径：

（1）Cu[ 浓硫酸加热 ]CuSO4 （反应：Cu+2H2SO4 [加热]

CuSO4+SO2 [↑]+2H2O） ；

（2）Cu [加热] CuO [稀硫酸] CuSO4。

两种途径中，表面上看第一种途径只需要一步反应，看似简单，但通过简单的计算，不难发现硫原子的利用率却不高；第二种途径看似复杂，实际上硫原子反而能百分百地转化到产物CuSO4中，而且没有环境污染物产生。

综上可知，化学计算没有精致的仪器，没有迷人的现象，有的只是数字，有的只是分析，它不像化学实验那样能够激起学生的求知欲望。怎样使一堂化学计算课变得生机盎然，使学生的学习兴趣得到最大限度地提高？我想不妨从化学计算的实用价值出发，在编制计算题时，带上一点生活，带上一点生产，带上一点资源能源，带上一点环保，相信化学计算也会变得多姿多彩。

（责任编辑 罗 艳）