运用类比的思想解决化学问题

   类比思想是间接推理的科学研究方法，类比是提出新问题和获得新发现的一条重要途径，各种发明创造都与类比思想有直接联系。诸如，由鸟的飞翔和蜻蜓的飞行人们制成了飞机，由人的肢体活动人们创造了机器人；人的大脑有许多记忆功能，于是有了电脑储存各种大量信息；古代有嫦娥奔月的传说，于是有了神舟9、10号载人宇宙飞船等；在科技史上，利用形式类比、功能类比和幻想类比等实现的发明创造不胜枚举。正如著名数学家波利亚所说：“类比是一个伟大的引路人。”化学学习中离不开类比思想，化学教材中类比的事例比比皆是。类比可以使一些化学问题简单化，也可以使化学学习思维更加广阔。

    类比思想是依据两个对象或两类事物间的已知相似性，把一个对象或一类事物的特定知识转移到另一个对象或另一类事物上去，从而推理获得后一个对象或后一类事物的新知识。类比在解决化学问题过程中充当“中介”，即通过借用熟悉问题的解决办法去解决新问题的一种解决问题的策略。由于任何物质都有其差异性，类比思想在解决新问题时可能产生负迁移的干扰作用，这是正常现象。任何事物都有其正反方面，有益的类比可以正确解决化学问题，得出正确的结论。相反，有害的类比可以误导解决问题的思路，必须引起足够的重视。

    一、利用物质组成与分类特点进行类比

    化学物质种类繁多，尤其是元素化合物与有机物的知识，涉及千变万化的物质，给许多学生学习化学及解决化学问题带来困难，化学教学过程中要始终借助类比思想让陌生物质变得熟悉，以点带面，触类旁通。因此，必须根据组成物质的元素种类将物质进行分类，即从化学的视角将组成或性质具有相似特征的物质进行合理分类，让分类后的物质具有相似性，解决化学问题就会有章可循。

    案例1：学会用类比的方法来学习氢氧化铝和氧化铝的性质。

    氢氧化铝是两性氢氧化物，氧化铝是两性氧化物，它们既可与强酸反应，又可与强碱溶液反应，教学过程中，为了增强对两性物质的理解，要注意引导学生利用物质组成与分类特点进行类比。

    当与强酸反应时，氢氧化铝显碱性视为碱，并以氢氧化铁与盐酸发生酸碱中和反应生成盐和水进行类比：

    Fe(OH)₃+3HCl==FeCl₃+3H₂O Al(OH)₃+3HCl==AlCl₃+3H₂O

    当与强碱反应时，氢氧化铝显酸性视为酸，化学式可写为H₃AlO₃(一元酸)，并以硫酸与氢氧化钠发生酸碱中和反应生成盐和水进行类比：

    H₂SO₄+2NaOH==Na₂SO₄+2H₂O H₃AlO₃+NaOH==NaAlO₂+2H₂O

    当氧化铝与强酸反应时，视为碱性氧化物，并以氧化铁与盐酸反应生成盐和水类比：Fe₂O₃+6HCl==2FeCl₃+3H₂O Al₂O₃+6HCl==2AlCl₃+3H₂O

    当氧化铝与强碱反应时，视为酸性氧化物，并以二氧化碳与氢氧化钠反应生成盐和水类比：CO₂+2NaOH==Na₂CO₃+H₂O Al₂O₃+2NaOH==2NaAlO₂+H₂O

    类比氢氧化铝、氧化铝与强酸或强碱溶液发生的反应，还可得知Zn(OH)₂、Be(OH)₂等属于两性氢氧化物，ZnO、BeO等属于两性氧化物。有关反应如下：

    Zn(OH)₂+2HCl==ZnCl₂+2H₂O    Zn(OH)₂+2NaOH==Na₂ZnO₂+2H₂O

    Be(OH)₂+2HCl==BeCl₂+2H₂O    Be(OH)₂+2NaOH==Na₂BeO₂+2H₂O

    ZnO+2HCl==ZnCl₂+H₂O         ZnO+2NaOH==Na₂ZnO₂+H₂O

    BeO+2HCl==BeCl₂+H₂O         BeO+2NaOH==Na₂BeO₂+H₂O

    案例2：学会用类比的方法来学习有机化合物的性质。

    学习有机物要抓住基本分类，如烷烃、烯烃、苯及其同系物、醇、醛、羧酸、酯等，学懂弄通各类典型代表物的结构或官能团及性质，在掌握各代表物结构和性质的基础上，再类比推理得到同系物的结构和性质，并注意个性。

    例1．(2012·江苏高考11)普伐他汀是一种调节血脂的药物，其结构如下图所示(未表示出其空间构型)。下列关系普伐他汀的性质描述正确的是( )

     

    A．能与FeCl₃溶液发生显色反应

    B．能使酸性KMnO₄溶液褪色

    C．能发生加成、取代、消去反应

    D．1mol该物质最多可与1molNaOH反应

    解析：由普伐他汀的结构简式知：分子中无苯环，有碳碳双键，有醇羟基、羧基、酯基等官能团，类比苯酚，由于羟基不在苯环上，普伐他汀不能与FeCl₃溶液发生显色反应显示酚的性质，选项A错；类比乙烯的化学性质可知，能使酸性KMnO₄溶液褪色，能发生加成反应等，选项B对；类比乙醇，能发生取代、消去反应；类比乙酸乙酯，酯基水解也属于取代反应，选项C对；酯基水解后形成两个羧基，类比乙酸，故1mol该物质最多可与2molNaOH反应，选项D错。正确答案为BC。

    现场体验：

    1．双氧水(H₂O₂)和水都是极弱电解质，但H₂O₂比H₂O更显酸性。

    (1)若把H₂O₂看成是二元弱酸，请写出它在水中的电离方程式：_______。

    (2)鉴于H₂O₂显弱酸性，它可以同强碱作用形成正盐，在一定条件下也可形成酸式盐。请分别写出H₂O₂与Ba(OH)₂反应生成正盐、酸式盐的化学方程式：________ _。

    (3)水电离生成H₃O⁺和OH^－叫做水的自偶电离。同水一样，H₂O₂也有极微弱的自偶电离，其自偶电离的方程式为：______________________。

    2．(2012·全国高考13)橙花醇具有玫瑰及苹果香气，可作为香料，其结构简式如下  

下列关于橙花醇的叙述，错误的是( )

    A．既能发生取代反应，也能发生加成反应

    B．在浓硫酸催化下加热脱水，可以生成不止一种四烯烃

    C．1mo1橙花醇在氧气中充分燃烧，需消耗470.4L氧气(标准状况)

    D．1mo1橙花醇在室温下与溴四氯化碳溶液反应，最多消耗240g溴

    答案：1．(1) H₂O₂ HO₂^－+H⁺     HO₂^－H⁺+O₂^2－

    (2) H₂O₂+Ba(OH)₂==BaO₂+2H₂O    2H₂O₂+Ba(OH)₂==Ba(HO₂)₂+2H₂O

(3)2H2O2 HO2－+H3O2+ 2．D

    【专题强化训练】请注意类比时负迁移失误。

    1．(2005·江苏高考11)2002年瑞典科学家发现，某些高温油炸食品中含有一定量的丙烯酰胺( )。食品中过量的丙烯酰胺可能引起令人不安的食品安全问题。关于丙烯酰胺有下列叙述：①能使酸性KMnO₄溶液褪色，②能发生加聚反应生成高分子化合物，③只有4种同分异构体，④能与氢气

发生加成反应。其中正确的是( )

    A．①②③　　B．②③④　　C．①③④　 D．①②④

    2．结构化学家鲍林(Pauling)曾提出判断无机含氧酸强弱的一条经验规律：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。

    已知：无机含氧酸分子中都含有羟基(—OH)。比如H₂SO₄分子中就有两个羟基，H₂SO₄可写作HO-SO₂-OH，它的羟基氢极活泼，很容易被金属置换，可电离显酸性。某些含氧酸的酸性如下表：

        

    (1)按此规则判断：三种酸H₃AsO₄、H₂SO₄、HMnO₄的酸性由强到弱的顺序是_______ __。

    (2)亚磷酸H₃PO₃和亚砷酸H₃AsO₃分子式相似，但它们的酸性强弱差别很大。H₃PO₃是中强酸，H₃AsO₃既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构式分别为：①          ；②               。

    (3)H₃PO₃和H₃AsO₃与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是：

    ①                           ；②                             。

    (4)在H₃PO₃和H₃AsO₃中分别加入浓盐酸，分析反应情况，写出化学反应方程式。

    3．Fe₃O₄可写成FeO·Fe₂O₃，看作盐时又可写成Fe(FeO₂)₂。根据化合价规律和这种书写方法，Pb₃O₄用氧化物的形式可写成______，看成盐时可写成______。等物质的量的Fe₃O₄和Pb₃O₄分别在一定条件下跟浓盐酸反应时，消耗的HCl的物质的量之比是______，上述两个反应的化学方程式分别为______。

    答案：1．D

    2．(1) H₃AsO₄﹤H₂SO₄﹤HMnO₄  (2)①   ②

    (3)①H₃PO₃+2NaOH==Na₂HPO₃+2H₂O

    ②H₃AsO₃+3NaOH==Na₃AsO₃+3H₂O

    (4)H₃PO₃与盐酸不反应，H₃AsO₃与盐酸反应：As(OH)₃+3HCl==AsCl₃+3H₂O

    3．(提示：Pb元素常见化合价为+4与+2价，+4价的PbO₂具有强氧化性)

    2PbO·PbO₂     Pb₂[PbO₄]    1︰1    Fe₃O₄+8HCl==FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O

    Pb₃O₄+8HCl==3PbCl₂+Cl₂↑+4H₂O

    二、利用微观结构规律进行类比

    物质的微观世界是极其奥妙的，走进微观世界去研究物质，在原子、分子层面上认识物质的结构，可以加深理解原子结构的复杂性和物质结构的多样性。物质结构与性质的有关问题都会涉及到微粒结构，重视应用微粒结构规律类比解决具体物质的化学问题，有其重要的意义和奇妙的作用。

    案例1：学会用类比的方法来判断微粒的空间构型和性质。

    在《物质结构与性质》教学过程中，发现学生确定等电子体以及判断中心原子杂化类型时失误较多，为解决这一知识难点，必须引导学生深入微观世界，采用类比思想来判断各种不同分子或离子的空间构型和性质。

    由于等电子体原理是指两个或两个以上的分子(或离子)，它们的原子数相同，分子(或离子)中价电子数也相同，等电子体具有相似的电子结构、几何构型和性质。所以确定好等电子体是解决此类问题的关键。教学过程中，要紧扣等电子体原理概念中“两相等”：原子数相等、价电子数相等，由常见熟悉的微粒类比陌生不熟悉的微粒。如常见等电子体有：

    二原子价电子数为10的等电子体判断。以核电荷数为7的氮原子形成的双原子分子N₂为起点，借助同周期元素互换有：分子CO，阴离子CN^－、C₂^2－，阳离子NO⁺、O₂²⁺等，根据N₂分子的结构式推知：以上各微粒都具有共价叁键，且每种微粒中均含有1个σ键，2个π键。由CN^－、C₂^2－形成的HCN、C₂H₂分子中碳原子均为sp¹杂化，分子空间构型均为直线型。

    三原子价电子数为16的等电子体判断。以CO₂为起点，借助同周期元素互换有：分子N₂O，阴离子BO₂^－、N₃^－、OCN^－、CNO^－、CN₂^2－，阳离子NO₂⁺等；借助同主族元素互换有：分子CS₂、COS，阴离子SCN^－等；借助价电子数转换有：分子BeCl₂等。根据CO₂分子的结构式推知：以上各微粒空间构型都是直线型，中心原子均采取sp¹杂化。注意：SiO₂是原子晶体不能与CO₂分子类比；MgCl₂与BeF₂是离子化合物不能与共价化合物分子BeCl₂类比。

    四原子价电子数为24的等电子体判断。以BF₃为起点，借助同周期元素互换有：分子O₄，阴离子NO₃^－、CO₃^2－、BO₃^3－等；借助同主族元素互换有：分子BCl₃、BBr₃、BI₃、SO₃，阴离子PO₃^－、SiO₃^2－等。根据BF₃分子结构推知：以上各微粒空间构型都是平面三角型，中心原子均是sp²杂化。

    五原子价电子数为32的等电子体判断。以CCl₄为起点，借助周期表知识推理有：分子CF₄、CBr₄、CI₄、SiF₄、SiCl₄、SiBr₄、SiI₄、GeCl₄、CF₄、CBr₄、CI₄等，阴离子SiO₄^4－、PO₄^3－、SO₄^2－、ClO₄^－、BF₄^－、BCl₄^－、BeCl₄^2－等，阳离子PCl₄⁺等。根据CCl₄分子结构推知：以上各微粒空间构型都是正四面体，中心原子均是sp³杂化。

    此外，还有许多不同类型的等电子体，如：①有机苯C₆H₆与无机苯B₃N₃H₆；②原子晶体：金刚石C₂n、晶体硅Si₂n、金刚砂SiC、AlN、AlP、GaAs等；③石墨C₂n与白石墨(BN)n；④CH₄、NH₄⁺、BH₄^－、PH₄⁺等；⑤NCl₃、PCl₃、NF₃、PBr₃等。

    案例2：学会用类比的方法来分析原子晶体和分子晶体中化学键数目。

    在《物质结构与性质》教学过程中，发现学生分析原子晶体和分子晶体中化学键数目错误率极高，究其原因是没有很好地掌握晶体模型与分子结构。解决此类问题一定要类比已学过的晶体模型和已掌握的物质结构式来分析键数。

    例1．(高考组合题) N_A为阿伏伽德罗常数，下列叙述正确的是( )

    A．(2012广东理综11)常温下，4gCH₄含有N_A个C－H共价键

    B．(2011全国II卷12)12g 金刚石含有的共价键数为4N_A

    C．(2011江苏高考8)1mol甲醇中含有C－H键的数目为4N_A

    D．(2012江苏高考21)1molCO₂中含有的σ键数目为4N_A

    解析：CH₄是正四面体结构，1个CH₄分子中含有4个C－H键，4g(0.25mol) CH₄含有1mol(即N_A个) C－H键，选项A正确；金刚石是原子晶体，每个碳原子与4个碳原子形成4个C－C键，由于C－C键均连接2个碳原子，故每一个碳原子平均形成2个共价键，12g(1mol)金刚石含有共价键数为2N_A，选项B错；CH₃OH虽含有4个H原子，但只有3个C－H键，1个O－H键是干扰因素，选项C错；1molCO₂中含有2mol键和2molπ键，选项D错。正确答案A。

    小结：常见物质的化学键数目如1mol CH₄中含有4molC－H键、1mol P₄中含有6molP－P键、1molCO₂中含有2molC==O双键、1mol金刚石(或晶体硅)中含有2mol C－C键(或2mol Si－Si键)、1mol SiO₂(或SiC)中含有4mol Si－O键(或4mol Si－C键)、1mol石墨中含有1.5mol C－C键，苯分子中不含C－C单键和C=C双键等。

    现场体验：

    1．(2012·江苏高考21节选)一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn₂O₄)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。

    (1)向一定物质的量浓度的Cu(NO₃)₂和Mn(NO₃)₂溶液中加入Na₂CO₃溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn₂O₄。

    ①Mn²⁺基态的电子排布式可表示为 。

    ②NO₃^－的空间构型 (用文字描述)。

    (2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化成CO₂，HCHO被氧化成CO₂和H₂O。

    ①根据等电子原理，CO分子的结构式为 。

    ②H₂O分子中O原子轨道的杂化类型为 。

    2．设N_A 为阿伏加德罗常数，下列各选项中的说法均正确的是( )

    A．4gCH₄中含有N_A个C－H键；31g白磷分子中含有N_A个P－P键。

    B．28g晶体硅中含有Si－Si键数为4 N_A；1mol SiO₂晶体中含有Si－O键数为4N_A。

     C．1 mol乙烷分子中含有7 N_A个共价键；1molC₁₀H₂₂分子中共价键总数一定为31N_A。

    D．标准状况下22.4 L N₂含共用电子对数为N_A；   

32 g S₈单质(如右图所示)中含有的S－S键数为N_A。

 答案：1．(1)①1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵(或[Ar]3d⁵)    ②平面三角形

(2)①C≡O   ②sp³    2．C

    【专题强化训练】

    1．根据等电子体原理回答下列问题：

    (1)SiO₃^2－、SO₃、NO₃^－三种粒子是等电子体，三种粒子的几何构型为______，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能大小关系为________。

    (2)C₂O₄^2－和是等电子体，C₂O₄^2－离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO₄溶液褪色，Mn原子在元素同期表中的位置是_____ ，外围电子构型为_______。

    (3)二原子14电子的等电子体共同特点是物质中都具有共价叁键，请举出相应的3个例子_____、_ ___、__ _(分子或离子)。每个分子或离子中含_____个σ键，______个π键。

    2．科学家预言超级原子的发现将会重建周期表，2005年1月美国科学家在

《Science》上发表论文，宣布发现铝的超原子结构A1₁₃和A1₁₄，并在质谱仪检测到稳定的A1₁₃^－、Al₁₄²⁺等。A1₁₃、A1₁₄的性质很像现行周期表中的某些主族元素，已知这类超原子当具有40个最外层电子时最稳定。下列说法不正确的是(    )

    A．A1₁₃与氯原子性质类似，A1₁₃^－性质不活泼

    B．A1₁₄与盐酸反应可生成H₂

    C．A1₁₃超原子中Al原子间是通过离子键结合的

    D．A1₁₄与Ca、Mg元素性质相似，容易失去2个电子而形成稳定的A1₁₄²⁺

    3．厦门大学郑兰荪院士合成了C₅₀Cl₁₀富勒烯足球状分子，如下图，50个碳原子组成若干个正六边形和正五边形，碳均为4价。则有关C₅₀Cl₁₀的说法中不正确的是(   )

       

    A．C₅₀Cl₁₀的相对分子质量为955               

    B．C₅₀Cl₁₀分子中共用电子对数目为105个  

    C．C₅₀Cl₁₀与C₆₀互为同素异形体          

    D．C₅₀Cl₁₀分子中含有55个碳碳单键

    答案：1．(1)平面正三角形 N＞S＞Si

    (2)N₂O₄、 B₂F₄(任选1个) 第四周期ⅦB 3d⁵4s²

    (3) N₂、CO、C₂^2－、CN^－、NO⁺、O₂²⁺ (4个中任选3个) 1 2

    2．C

    3．C

三、利用化学反应规律进行类比

    规范准确表达各类化学方程式并不难，只要结合题设化学信息，正确理解化学反应的意义，找准相应的反应规律(如四类基本反应、离子反应、氧化还原反应、水解反应、电解反应、原电池反应等各类反应规律)，通过科学类比、规范准确地书写新教材中未出现过的化学方程式或离子方程式。  

   案例1：学会用氧化还原反应规律类比学习其他氧化还原反应。

    学习研究不同价态硫元素间的转化时，SO₂的还原性可表现在被氯水等众多的氧化剂氧化生成硫酸，如SO₂+Cl₂+2H₂O==H₂SO₄+2HCl，借此氧化还原反应规律可让学生类比掌握：

    SO₂+Br₂+2H₂O==H₂SO₄+2HBr

    SO₂+I₂+2H₂O==H₂SO₄+2HI(注意：F₂例外)

    2SO₂+O₂+2H₂O==2H₂SO₄

    SO₂+2Fe³⁺+2H₂O==2H⁺+SO₄^2－+2Fe²⁺

    5SO₂+2MnO₄^－+2H₂O==4H⁺+5SO₄^2－+2Mn²⁺

    3SO₂+2HNO₃+2H₂O==3H₂SO₄+2NO

    SO₂+NO₂+H₂O==H₂SO₄+NO

    SO₂+H₂O₂== H₂SO₄

    SO₂+2HClO₃== H₂SO₄+2ClO₂等。

    又如学习2H₂S+SO₂==3S↓+2H₂O归中反应的规律后，可以让学生类比掌握：

    2H₂S+H₂SO₃==3S↓+3H₂O

    2Na₂S+Na₂SO₃+3H₂SO₄(稀)==3S↓+3Na₂SO₄+3H₂O

    H₂S+3H₂SO₄(浓)==4SO₂+4H₂O    

    S+2H₂SO₄(浓) 3SO₂↑+2H₂O

    KClO₃+6HCl(浓)==KCl+3Cl₂↑+3H₂O

    KClO+2HCl(浓)== KCl+Cl₂↑+H₂O

    Ca(ClO)₂+4HCl(浓)==2Cl₂↑+CaCl₂+2H₂O

    KClO₄+8HCl(浓) KCl+4Cl₂↑+4H₂O

    5NaBr+NaBrO₃+3H₂SO₄==3Br₂+3Na₂SO₄+3H₂O

    5NaBr+NaBrO₃+3CO₂==3Br₂+3Na₂CO₃

    NH₄Cl+NaNO₂==NaCl+N₂↑+2H₂O

    6NO+4NH₃==5N₂+6H₂O      

    6NO₂+8NH₃==7N₂+12H₂O等。

    案例2：学会用水解反应规律类比学习其他水解反应。

    高中化学中涉及水解反应的知识甚多，其水解的本质是反应物中正电性原子或原子团、负电性原子或原子团分别与水中OH^－、H⁺(或水分子中羟基原子团、氢原子)等价交换的反应。一般可用通式表示为：X－Y+H－OH→HY+XOH。借此水解规律可全面类比掌握各类物质水解反应。如：

    盐的水解：AlCl₃+3H₂OAl(OH)₃+3HCl

    Na₂CO₃+H₂ONaHCO₃+NaOH

    FeCl₃+3H₂OFe(OH)₃(胶体)+3HCl

    SnCl₂+H₂O==Sn(OH)Cl↓+HCl

    MgCl₂·6H₂OMgO+2HCl↑+5H₂O↑

    非金属氯化物水解：BCl₃+3H₂O==H₃BO₃↓+3HCl

    SiCl₄+3H₂O==H₂SiO₃↓+4HCl↑(注意：SiHCl₃水解例外)

    PCl₃+3H₂O==H₃PO₃+3HCl (注意：NCl₃水解例外)

    PCl₅+4H₂O==H₃PO₄+5HCl

    金属氮化物水解：Mg₃N₂+6H₂O==3Mg(OH)₂+2NH₃↑

    AlN+3H₂O+OH^－==[Al(OH)₄]^－+NH₃↑

    金属碳化物水解：CaC₂+2H₂O==Ca(OH)₂+C₂H₂↑

    Al₄C₃+12H₂O==4Al(OH)₃+3CH₄↑

    Mg₂C₃+12H₂O==2Mg(OH)₂+C₃H₄↑

    金属氢化物水解：NaH+H₂O==NaOH+H₂↑

    CaH₂+2H₂O==Ca(OH)₂+2H₂↑

    卤素、卤素互化物、拟卤素水解：Cl₂+H₂O==HCl+HClO

    ICl+H₂O==HIO+HCl

    IBr+H₂O==HIO+HBr

    ICl₃+3H2O==H₃IO₃+3HCl；

    IF₅+3H₂O==HIO₅+5HF

    (CN)₂+H₂O==HCN+HCNO

    (SCN)₂+H₂O==HSCN+HSCNO

    其他物质水解：SOCl₂+H₂O==SO₂↑+2HCl↑

    B₂H₆+6H₂O==2H₃BO₃+6H₂

    卤代烃水解：CH₃CH₂Br+H₂OCH₃CH₂OH+HBr

    酯类水解：CH₃COOCH₂CH₃+H₂OCH₃COOH+CH₃CH₂OH

    现场体验：写出以下反应的有关化学方程式：

    ①将少量二氧化硫气体通入漂白粉溶液中，会生成沉淀。写出反应的化学方程式。

    ②已知H₂CO₃电离常数：K₁=4.30×l0^－7，K₂=5.61×10^－11；HCN电离常数：K=4.9×10^－10。向NaCN溶液中通入少量CO₂气体，写出所发生反应的化学方程式。

    ③已知NCl₃遇水可生成一种具有漂白性的化合物，试写出反应的化学方程式。

    ④SiHCl₃和SiCl₄一样，遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl₃水解会生成两种气态产物，试写出其水解的化学方程式。

    解析：①此反应容易类比CO₂气体通入漂白粉溶液中生成CaCO₃沉淀而失误：Ca(ClO)₂+SO₂+H₂O==CaSO₃↓+2HClO；失误原因：ClO^－离子具有强氧化性可将还原性气体SO₂氧化生成CaSO₄。因此，必须按氧化还原反应规律类比书写：Ca(ClO)₂+SO₂+H₂O==CaSO₄+HCl+HClO。

    ②此反应类比强制弱的转化思想，当少量CO₂气体通入Na₂SiO₃溶液中会误认为不可能生成酸式盐NaHCO₃，错写为：2NaCN+CO₂+H₂O==Na₂CO₃+2HCN；失误原因：由三种酸的电离常数可判断酸性强弱：碳酸(K₁=4.30×l0^－7)>氢氰酸(K=4.9×10^－10) >碳酸氢钠(K₂=5.61×10^－11)，类比强制弱的转化思想，过量的NaCN与NaHCO₃不反应，故应生成NaHCO₃。即：NaCN+CO₂+H₂O==NaHCO₃+HCN

    ③类比水解规律知，NCl₃中+1价Cl与OH^－结合生成具有漂白性的HClO，‐3价N与H⁺结合生成NH₃，即：NCl₃+3H₂O==3HClO+NH₃↑。

    ④类比水解规律知，SiHCl₃中+4价Si与OH^－结合生成H₄SiO₄(即H₂SiO₃)，‐1价Cl与H⁺ 结合生成HCl，但SiHCl₃与SiCl₄相比，组成元素不同的是‐1价H，它具有很强的还原性，易与H⁺结合生成H₂，故SiHCl₃水解的化学方程式：SiHCl₃+3H₂O==H₂SiO₃+3HCl↑+H₂↑

    【专题强化训练】

    1．(2009·北京高考26改编)以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下(部分操作和条件略)：

    (1)从废液中提纯并结晶处FeSO₄·7H₂O。

    (2)将FeSO₄溶液与稍过量的NH₄HCO₃溶液混合，得到含FeCO₃的浊液。

    (3)将浊液过滤，用90°C热水洗涤沉淀，干燥后得到FeCO₃固体。

    (4)煅烧FeCO₃，得到Fe₂O₃固体。

    已知：NH₄HCO₃在热水中分解。

    (1)中，加足量的铁屑出去废液中的Fe³⁺，该反应的离子方程式是      。

    (2)中，需加一定量硫酸，运用化学平衡原理简述硫酸的作用       。

    (3)中，生成FeCO₃的离子方程式是                              。若FeCO₃浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，该变化的化学方程式是                    。

    (4)中，煅烧FeCO₃的化学方程式是                        。

    2．最近，科学家用一种称为“超酸”的化合物H(CB₁₁H₆Cl₆)和C₆₀反应，使C₆₀获得一个质子，得到一种新型离子化合物[HC₆₀]⁺[CB₁₁H₆Cl₆]^－。该反应看起来很陌生，但反应类型上可以与中学化学里某个熟悉的化学反应相比拟。该化学反应是(   )

    A．Zn+2HCl==ZnCl₂+H₂↑   B．NaOH+HCl==NaCl+H₂O 

    C．NH₃+HCl==NH₄Cl       D．H₂O+CH₃COOH==H₃O⁺+CH₃COO^－

    3．(2013·山东淄博二模)普通纸张的主要成分是纤维素，在早期的纸张生产中，常采用纸表面涂敷明矾的工艺，以填补其表面的微孔，防止墨迹扩散，请回答下列问题：

    (1)人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆、破损，严重威胁纸质文物的保存。经分析检验，发现酸性腐蚀主要与造纸中涂覆明矾的工艺有关，其中的化学原理是_______________________________。

    (2)为了防止纸张的酸性腐蚀，可在纸浆中加入碳酸钙等添加剂，该工艺原理的化学方程式为___________________。 

    为了保护这些纸质文物，有人建议采取下列措施。

    (3)喷洒碱性溶液，如稀氢氧化钠溶液或氨水等，这样操作产生的主要问题是______________________________。

    (4)喷洒Zn(C₂H₅)₂，Zn(C₂H₅)₂可以与水反应生成氧化锌和乙烷。用化学(离子)方程式表示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理___________。

    答案：1．(1)Fe+2Fe³⁺==3Fe²⁺

    (2)加入硫酸，H⁺浓度增大，使Fe²⁺+2H₂OFe(OH)₂+2H⁺的平衡向逆反应方向移动，从而抑制FeSO₄的水解

    (3)Fe²⁺+2HCO₃^－==FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O

     4FeCO₃+6H₂O+O₂==4Fe(OH)₃↓+4CO₂

    (4) 4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂

     2．B

     3．(1)明矾水解产酸性环境，在酸性条件下，纤维素水解，使高分子链断裂。

    (2)CaCO₃+2H⁺== Ca²⁺+CO₂↑+H₂O

    (3)过量的碱同样会导致纤维素水解，造成书籍污损

    (4)Zn(C₂H₅)₂+H₂O==ZnO+2C₂H₆↑   ZnO+2H⁺ ==Zn²⁺+H₂O

    四、利用元素周期表与元素周期律进行类比

    元素周期表就是一个类比学习的典范，利用同一主族元素性质的相似性可以类比周期表中不熟悉的元素及其化合物的性质。但类比过程中，必须十分注意同一主族元素性质的递变性造成性质上的差异。

    例1．(2009·海南高考10)门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第四周期的三种元素留下了空位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律，下列有关X性质的描述中错误的是(   )

    A．X单质不易与水反应          B．XO₂可被碳或氢还原为X

    C．XCl₄的沸点比SiCl₄的高       D．XH₄的稳定性比SiH₄的高

    解析：第四周期第ⅣA族元素是锗，类比Si单质不易与水反应，故Ge也不和水反应；类比SiO₂可被碳或氢还原为Si，GeO₂也可以；GeCl₄与SiCl₄都是分子晶体，组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，GeCl₄的沸点比SiCl₄的高；同主族元素非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，GeH₄的稳定性比SiH₄的弱，选项D错。正确答案为D。

    现场体验：1．最新研究表明生命起源于火山爆发，是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羰基硫(COS)，已知羰基硫分子中所有原子的最外层都满足8电子结构，结合已学知识，可以得到的正确结论是(    )

    A．羰基硫属于非极性分子

    B．羰基硫的电子式为：                        

    C．羰基硫沸点比CO₂低

    D．羰基硫分子中三个原子处在同一直线上

    2．铝和镓的性质相似，如M(OH)₃都是难溶的两性氢氧化物。在自然界镓常以极少量分散于铝土矿，如Al₂O₃中。用NaOH溶液处理铝矿 (Al₂O₃)时，生成NaAlO₂、NaGaO₂；而后通入适量CO₂，得Al(OH)₃沉淀，而NaGaO₂留在溶液中(循环多次后成为提取镓的原料)。发生后一步反应是因为 (   )

    A．镓酸酸性强于铝酸           B．铝酸酸性强于镓酸

    C．镓浓度小，所以不沉淀       D．Al(OH)₃是难溶物

    答案： 1．D     2．D

    【专题强化训练】

    1．“类推”是一种常用的学习方法，但有时会产生错误的结论，下列类推结论中正确的是(  )

    A．IVA族元素氢化物沸点顺序是：GeH₄>SiH₄>CH₄；则VA族元素氢化物沸点顺序也是：AsH₃>PH₃>NH₃

    B．第二周期元素氢化物的稳定性序是：HF>H₂O>NH₃；则第三周期元素氢化物的稳定性顺序也是：HCl>H₂S>PH₃

    C．晶体中有阴离子，必有阳离子；则晶体中有阳离子，必有阴离子

    D．干冰(CO₂)是分子晶体，则SiO₂也是分子晶体

    2．二氯化二硫(S₂Cl₂)是广泛用于橡胶工业的硫化剂；其分子结构中每个原子均满足8电子结构。常温下，S₂Cl₂是一种橙黄色的液体，遇水易水解，并产生能使品红褪色的气体。下列说法中错误的是(   )

    A．S₂Cl₂中的硫元素显+1价

    B．S₂Cl₂结构中的化学键只含有极性键

    C．S₂Br₂与S₂Cl₂结构相似，熔沸点：S₂Br₂> S₂Cl₂

    D．S₂Cl₂与H₂O反应的生成物中可能有S 

    3．硼酸晶体成片状，有滑腻感，可作润滑剂，硼酸分子结构可表示为

 。硼酸对人体的受伤组织有缓和的防腐作用，故可用于医药和食品防腐等方面

    (1)根据以上所述可知硼酸应属于_____________。

    A、强酸      B、中强酸       C、弱酸

    (2)研究表明：在大多数情况下，元素的原子在形成分子或离子时，其最外电子层具有达到8电子稳定结构的趋势。在硼酸分子中，最外层达到8个电子稳定结构的原子有_______个。

    (3)硼酸和甲醇在浓硫酸存在的条件下，可生成挥发性硼酸三甲酯，试写出硼酸完全酯化的化学方程式（注明反应条件）________________________。

    (4)已知硼酸0.01mol可被20mL0.5mol·L^－1NaOH溶液恰好完全中和，据此推测：硼酸在水中显酸性的原因是(写电离方程式)__________________________。写出硼酸与NaOH溶液反应的离子方程式______________________________。

    答案：1．B   2．B   

    3．(1)C  (2)3   (3)H₃BO₃+3CH₃OH B(OCH₃)₃+3H₂O

    (4)H₃BO₃+H₂O[B(OH)₄]^－+H⁺      H₃BO₃+OH^－==[B(OH)₄]^－

 五、利用题给信息特点进行类比

    化学信息题的特点是阅读量大，与社会、生产、生活、科技信息联系多，起点高落点低，能力要求并不高，只要通过阅读看清题意，类比中学化学基础知识和基本方法即可解决问题。解题关键是不要因为陌生而紧张，不要因为新颖而感觉难，类比思想可以帮你找到已学知识的原型，破解新情景问题，提高化学素养。

    案例1：利用化工生产信息进行类比。

    化学工艺流程题试题内容丰富新颖，源于生产和化学实验，以解决化学实际问题作为命题思路进行设问，使问题情境真实，能考查学生化学双基知识的掌握情况和应用双基知识解决化工生产和化学实验中有关问题的类比推理能力，能考查学生阅读能力和收集处理图表信息的能力，能培养学生理论联系实际、学以致用的学习观。此类题既要类比已学基础知识解决问题，又要类比新信息迁移应用解决新问题。              

    例1．(2011·广东高考32节选)由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：

    

    (注：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃升华)

    (1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①      和②       。

    (2)将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl₂外还含有               ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在                 。

    (3)在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为           。

    (4)镀铝电解池中，金属铝为   极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl₄^－和Al₂Cl₇^－形式存在，铝电镀的主要电极反应式为                。

    解析：本题是以化工生产流程为信息，(1)中信息“坩埚表面的氧化铁和石英砂在精炼时分别与铝发生置换反应产生新的杂质，”由于铝是活泼金属，在高温下可发生铝热反应，类比铝热反应与信息知，铝即可置换铁又可置换硅，故有关反应为：①2Al+Fe₂O₃Al₂O₃+2Fe ②4Al+3SiO₂2Al₂O₃+3Si。

    (2)在高温下，氯气可与氢气、金属钠和铝反应生成HCl、NaCl和AlCl₃，

由于题设“温度是700℃，AlCl₃在181℃升华”，所以AlCl₃升化成气体，因此气泡的主要成分除Cl₂外还含有HCl和AlCl₃；由于题给“NaCl熔点为801℃”，

此时NaCl不会熔化，只能在浮渣中存在，即浮渣中肯定存在NaCl。

    (3)尾气经冷凝后分为气体A和B，由框图信息可知A是氯气和氯化氢的混合气体，B是AlCl₃，因此用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为：Cl₂+2OH^－==Cl^－+ClO^－+H₂O和H⁺+OH^－==H₂O。

    (4)由于题设信息是“用钢材镀铝”，类比电镀原理，铝必需作阳极；由于熔融盐中铝元素和氯元素主要以AlCl₄^－和Al₂Cl₇^－形式存在，故阳极的电极反应式为：Al+7AlCl₄^－==4 Al₂Cl₇^－+3e^－。

    案例2：利用最新科技信息进行类比

    例2．N₂H₄称为肼或联氨，肼是一种高能燃料，我国自主研发的“长征”系列运载火箭中，肼用作火箭的推进剂，NO₂用作氧化剂，两者反应生成氮气和水蒸气。

    已知：①N₂(g)+2O₂(g)==2NO₂(g)     △H₁＝+67.7 kJ·mol^－1

　　      ②N₂H₄(g)+O₂(g)==N₂(g)+2H₂O(g) )  △H₂=－534 kJ·mol^－1

          ③H₂(g)+F₂(g)==2HF(g)       △H₃＝－538 kJ·mol^－1

          ④2H₂(g)+O₂(g) ==2H₂O(g)     △H₄＝－484 kJ·mol^－1

    (1)据此写出N₂H₄(g)和NO₂反应的热化学方程式_________ ________。

    (2)有人认为用F₂代替NO₂作氧化剂时，1mol N₂H₄反应后释放的能量更大你认为正确吗？试写出其反应的热化学方程式                         。

    (3)向次氯酸钠溶液中通入一定物质的量的氨气可生成肼，写出反应的离子方程式                            。

    (4)N₂H₄和NH₃的关系有如H₂O₂和H₂O的关系，试解答下列问题：

    N₂H₄能发生下列反应：

    N₂H₄+H₃O⁺==N₂H₅⁺+H₂O    N₂H₄+H₂O==N₂H₅⁺+OH^－

    N₂H₅⁺+H₂O==N₂H₆²⁺+OH^－   N₂H₅⁺+H₂O== N₂H₄+H₃O⁺

据此可得出的结论是(   )

    A．肼水解显酸性　　B．肼在水中电离出H⁺离子

    C．肼是二元弱碱　　D．肼是二元弱酸

    (5) N₂H₄和H₂O₂分子中孤对电子数前者和后者的关系是(   )

    A．相等　　B．大于　　C．小于　　D．无法确定

    (6)下列有关NH₃、N₂H₄、H₂O和H₂O₂有关性质叙述正确的是(   )

    A．H₂O₂对热稳定性比H₂O强　　B．NH₃对热稳定性比水强

    C．H₂O₂还原性比N₂H₄强　　　　D．NH₃结合质子的能力比水强

    解析：(1)、(2)两问都是由给定已知热化学方程式书写目标热化学方程式，利用盖斯定律求解。

      由②式×2－①式得：－534 kJ·mol^－1×2－67.7 kJ·mol^－1=－1315.7 kJ·mol^－1，

   (1)为：2N₂H₄(g)+2NO₂(g)==3N₂(g)+4H₂O(g) △H=－1315.7 kJ·mol^－1；

     由②式－④式+③式×2得：－534 kJ·mol^－1－(－484 kJ·mol^－1)+ (－538 kJ·mol^－1) ×2=－1126 kJ·mol^－1，

    (2) 正确；N₂H₄(g)+2F₂(g)==4HF(g)+N₂(g)  ΔH=－1126 kJ·mol^－1；

    (3) NH₃通入NaClO溶液生成N₂H₄，显然还原剂是NH₃，氧化剂是NaClO，根据氧化还原反应规律得：2NH₃+ClO^－==N₂H₄+Cl^－+H₂O；

    (4)由题设信息与已学知识NH₃弱碱性类比知肼是二元弱碱，选项C正确；

    (5)由N₂H₄和H₂O₂的电子式知H₂O₂孤对电子数多于N₂H₄的孤对电子数，选项C正确；

    (6)由H₂O₂易分解，H₂O不易分解知选项A错，由氧元素非金属性强于氮元素知NH₃不如水稳定，选项B错，由H₂O₂既显氧化性又显还原性，N₂H₄主要显还原性知H₂O₂还原性比N₂H₄弱，选项C错，由反应NH₃+H₃O⁺==NH₄⁺+H₂O类比知 NH₃结合质子的能力比水强，选项D正确。

    现场体验：

    1．(2012·四川高考29节选) 直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题，将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫，最终生成硫酸钙。硫酸钙可在右图所示的循环燃烧装置的燃料反应器与甲烷反应，气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳，从而有利于二氧化碳的回收利用，达到减少碳排放的目的。

     

      请回答下列问题：

    (1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中，引发的主要环境问题有    。

(填写字母编号)

    A．温室效应    B．酸雨    C．粉尘污染    D．水体富营养化

    (2)在烟气脱硫的过程中，所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前，需通一段时间的二氧化碳，以增加其脱硫效率；脱硫时控制浆液的pH值，此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。

    ①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为           。

    ②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式             。

    (3)已知1molCH₄在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸热160.1kJ，1molCH₄在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3kJ。写出空气反应器中发生反应的热化学方程式                           。

    2．(2011·福建高考24)四氯化钛(TiCl₄)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO₃)制备TiCl₄等产品的一种工艺流程示意如下：

     

    回答下列问题：

    (1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：

    2Fe^3＋+Fe==3Fe^2＋

    2TiO^2＋(无色)+Fe+4H^＋==2Ti^3＋(紫色)+Fe^2＋+2H₂O

    Ti^3＋(紫色)+Fe^3＋+H₂O==TiO^2＋(无色)+Fe^2＋+2H^＋

加入铁屑的作用是________。

    (2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO₂·nH₂O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在________范围。

    (3)若把③中制得的固体TiO₂·nH₂O用酸清洗除去其中的Fe(OH)₃杂质，还可制得钛白粉。已知25 ℃时，K_sp[Fe(OH)₃]＝2.79×10^－39，该温度下反应

Fe(OH)₃+3H^＋Fe^3＋+3H₂O的平衡常数K＝________。

    (4)已知：TiO₂(s)+2Cl₂(g)==TiCl₄(l)+O₂(g)　ΔH＝+140 kJ·mol^－1

2C(s)+O₂(g)==2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol^－1

    写出④中TiO₂和焦炭、氯气反应生成液态TiCl₄和CO气体的热化学方程式_____________________________________。

    (5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是________(只要求写出一项)。

    (6)依据下表信息，要精制含少量SiCl₄杂质的TiCl₄，可采用_____方法。

    答案：1．(1)A B C      

    (2)①Ca(HCO₃)₂或碳酸氢钙     ②Ca(HSO₃)₂+O₂==CaSO4+H₂SO₄

    (3)CaS(s)+2O₂(g)==CaSO₄(s)；△H =－962.4 kJ·mol^－1

    2．(1)使Fe^3＋还原为Fe^2＋；生成Ti^3＋保护Fe^2＋不被氧化

    (2)10^－9～10^－7 m(或其他合理答案)

    (3)2.79×10³

    (4)TiO₂(s)+2Cl₂(g)+2C(s)==TiCl₄(l)+2CO(g)　△H＝－81 kJ·mol^－1

    (5)产生三废(或其他合理答案)

    (6)蒸馏(或分馏，或精馏)

    【专题强化训练】

    1．据报到，某石油化工厂用三乙醇胺N(CH₂CH₂OH)₃水溶液代替氢氧化钠水溶液洗涤石油裂解气除去其中CO₂和H₂S，年增产值100万元。为什么三乙醇胺能代替氢氧化钠以及为什么这种改革可以增加年产值?

    2．已知液体SO₂和纯水的导电性相近，实验测得液体SO₂和纯水的比电导分别为8×10^－8Ω^－1cm^－1和6×10^－8Ω^－1cm^－1。试用简要的文字和化学方程式给出解释，为什么在液体SO₂中，可用Cs₂SO₃去滴定SOCl₂？

    3．N₂H₄称为肼或联氨，N₂H₄和NH₃的关系有如 H₂O₂和H₂O的关系。

    (1)N₂H₄是几元碱，比较N₂H₄和NH₃的碱性、还原性及热稳定性的大小。

    (2)指出N₂H₄中N原子的杂化方式；已知该分子具有极性，最多会有几个原子共一平面。

    (3)25℃时水溶液中肼与强酸反应结合一个质子的平衡常数为 3.0×10⁸，求N₂H₄的碱式电离常数K_b及其共轭酸N₂H₅⁺的酸式电离常数K_a。

    (4)写出H₂SO₄介质中N₂H₄与高锰酸钾反应的化学方程式和在碱性介质中N₂H₄在原电池正极上所发生的电极反应方程式。

    答案：1．(提示：类比NH₃的碱性与铵盐的不稳定性)

    三乙醇胺吸收CO₂和H₂S的原因为：

    N(CH₂CH₂OH)₃+H₂S==[NH(CH₂CH₂OH)₃]HS

    2N(CH₂CH₂OH)₃+H₂S==[NH(CH₂CH₂OH)₃]₂S

    N(CH₂CH₂OH)₃+H₂O+CO₂==[NH(CH₂CH₂OH)₃]HCO₃

    2N(CH₂CH₂OH)₃+H₂O+CO₂==[NH(CH₂CH₂OH)₃]₂CO₃

      _{上述盐热分解放出CO2和H2S，三乙醇胺被回收循环使用，所以可增加年产值。}

    2．(提示：类比纯水的自偶电离与酸碱中和滴定)

    在液态SO₂中，存在自偶电离：2SO₂SO₃^2－+SO₂⁺，显然，在液体SO₂中，Cs₂SO₃与SOCl₂可发生反应：Cs₂SO₃+SOCl₂==2CsCl+2SO₂，所以可用Cs₂SO₃去滴定SOCl₂。

    3．(1)N₂H₄是二元碱，碱性比NH₃小，还原性比NH₃大，稳定性比NH₃小

    (2) sp³杂化    最多有4个原子共面

    (3)(提示：N₂H₄的碱式电离类比NH₃的电离；N₂H₅⁺的酸式电离类比肼与强酸反应的逆向反应)    K_b＝3×10^－6    K_a＝3.3×10^－9   

    (4)5N₂H₄+4KMnO₄+6H₂SO₄==5N₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+16H₂O

    N₂H₄+2e^－+2H₂O==2NH₄⁺+2OH^{－     （胡嘉谋）}