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解析高中化学中物理知识的交叉渗透

发布时间: 2022-04-12 08:36:52 浏览:

在历来高考的理综试卷中,不少试题融合了物理知识和化学知识的交叉运用,相互之间的联系比较紧密,由此导致物理化学思维上的相互渗透。跨学科类综合试题的出现,要求学生构建系统的知识框架,需要学生通过对试题的分析,明确物理知识与化学知识之间的交叉点,灵活的实现在解题方法和思维上的相互转化,迅速的完成试题的解答,强化了学生综合能力的应用,为理工学科类综合人才的培养打下基础。

在试题的设计中,物理知识和化学知识常见的交叉点点主要有热力学、气体定律、动力学、运动学、稳恒电流、原子物理学和电磁学,在解题方法和思想上有了一定的交流促进,使得这两个学科之间相互促进、共同提高,实现了对学生解题能力和创新能力的培养。

一、深研教材,熟悉物理知识和化学之间的交叉点

化学主要研究物质的性质和相互之间的转化,重点从微观的角度来分析分子、原子、离子等微粒及其运动、原电池和电解池的工作原理、物质的结构等等相关知识,这与物理当中的运动学、电学、能量守恒、电磁学有着千丝万缕的联系。在教学中,教师要深度的挖掘物理知识和化学知识之间的联系,建立相互之间纵向或横向的联系图标,在学生学习新知识的过程中就做到无缝渗透,使学生能够灵活的掌握相互之间的联系,准确的将物理知识和化学知识之间的交叉知识熟记于心,灵活的运用在自己的问题解决中,为在试题中的联系打下基础,为高考中的综合试题的解决打下基础。

二、典例剖析,挖掘物理知识和化学试题之间的交叉点

1.气体定律和气体物质之间的交叉

气体的描述要通过温度、压强和体积三个物理量。在物理上,盖.吕萨克定律、查理定律和玻意耳定律为化学上对气体气体的状态、气体摩尔体积、阿伏伽德罗定律奠定了基础,即当气体的质量一定时,所含的分子数、物质的量是一定的,其温度、压强和体积的改变,就会导致气体分子数和物质的量的改变。可见,这些相关知识的联系,为理化综合试题奠定了理论基础,建立了解题的一般思路。

案例1:如图装置所示,在标准状况下,装置中冲入1344mLN2,上端是能够自由移动的轻质活塞,如果活塞上的物体质量为m,则A点处于总体积的1/2处静止。现取3.34克Na、Na2O、Na2O2的混合物与足够的水反应,将生成的气体全部通入上述的装置中,如果要使活塞仍然保持在A处,则需要再加一个质量为m的物体。引燃电火花使装置中的气体充分反应,在恢复到标准状况下,发现活塞下降,取出其中一个物体后,活塞又回复到A处,则混合物中Na、Na2O、Na2O2的物质的量之比为( )

A. 5:4:3 B. 2:3:4 C. 3:4:5 D. 4:3:2

物理知识应用:由已知可知A点处气体的体积为1344÷2=672mL,在恒温状态下,根据P1V1=P0V0,可得P1=2P0,说明增加一个物体压强增加一个P0,则两个物体的情况下气缸的压强为3P0,即可计算。

解析:设混合物与水反应生成了V2mL的气体,则在温度不变的情况下,有(V2+1344)×P0=672×3P0,解得V2=672mL。

上述数据可得混合物与水反应生成的气体的物质的量为672mL÷22.4mol/L=0.03mol。

题意可知,混合物与水反应产生的氢气和氧气点燃后恰好完全反应无剩余,即n(H2):n(O2)=2:1,n(H2)=0.02mol,n(O2)=0.01mol。

设混合物中含有Na为x克,Na2O2为y克。

2.运动学和反应热之间的交叉

运动是物质的基本属性,世界上任何的分子都在做永不停息的无规则运动,物理从物体的宏观入手研究物体的运动,而化学从微观入手研究物体的运动,他们之间存在着千丝万缕的联系,使得很多的运动规律既存在于物理知识中又存在于化学知识中,物理当中的功和能,巧妙的蕴藏在化学反应中,根据化学反应释放的能量进行做功,从而使物体发生运动,以这样的方式将物理知识和化学知识结合在一起的试题也不在少数。

案例2:在实验室,将一个质量为10千克的火箭,以加速度为5m/s2匀加速竖直向上发射,10.0秒后燃料耗尽,已知火箭燃烧的热化学方程式为:

①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+67.7KJ/mol

②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-534KJ/mol

如果不考虑空气的阻力和燃料的质量,热能的转化率为60%。试求:

(1)火箭从发射起经过多长时间才能落到地面?(g=10m/s2)

(2)需要多少克燃料N2H4?

物理知识应用:通过对火箭的运动过程进行分析,火箭共经历了三个运动过程:初速度为0,加速度为5m/s2的匀加速向上运动,时间为10秒;初速度为at,加速度为g,竖直方向的匀减速运动;自由落体运动。整个过程中燃料发生化学反应产生的热量,全部转化为了火箭的重力势能。学生利用物理知识的分析,使得火箭的运动过程很清晰,能量转化很明了,顺利的帮助学生解决了问题。

解析:(1)在火箭最初向上运动的10s中,t1=10s

上升的高度:h1=1/2st2=1/2×5×102=250m

10秒末的速度v1=at1=5×10=50m/s

火箭在做竖直方向的匀减速运动中,

上升的高度:h2=v12/(2g)=502/(2 ×10)=125m

即,上升的总高度:H=h1+h2=250+125=375m

火箭在自由落体的过程中

t3=(2H/g)1/2=(2×375/10)1/2=8.7s

故,火箭的运动总时间为

t=t1+t2+t3=10.0+5.0+8.7=23.7s

(2)已知,热能的转化率为60%,故N2H4所放出热量的60%转化为了火箭的重力势能,则燃料燃烧产生的热量为:

Q=E÷60%=mgh60%=10×10375÷60%×10-3=62.5KJ

将上述两个方程式进行整合②2-①,可得

2N2H4(g)+2NO2(g)= N2 ( g)+4H2O(g),△H=-1135.7KJ/mol

可以得到N2H4与热量之间比例关系:n(N2H4):Q=2:1135.7

设需要燃料N2H4为x克,有2×32/x=1135.7/62.5 解得x=3.52g

3.恒定电流与氧化还原反应之间的交叉

化学中的氧化还原反应是高考中的一个重点,其中电子的流向与物理之中的电学有着密切的联系,如果将反应中的电子经过导线来完成,就形成了原电池,作为了高中化学中的重难点内容;反过来当电流通过电解质溶液时,溶液中的阴阳离子或者电极,必然会在阴阳两极得到或者失去电子,从而发生氧化还原反应,从而形成了电解池的工作原理。

案例3:学生甲利用如图仪器,根据电解的方法使电极上析出物质,通过测量生成物质的质量来验证阿伏伽德罗常数值,实验利用石墨做电极电解氯化铜溶液,来测量铜的质量。

已知:电流计测出电流强度为IA,通电的时间为t秒,电极上得到铜的质量为m克,试回答:

(1)如图所示,连接各个装置的正确的顺序为:E→___→____→____→____→_____,电流方向为:_______________________________。

(2)B电极上的电极反应:______________________,

G试管中盛放的是淀粉碘化钾溶液,其现象是:________________________,

发生的离子方程式为:_________________________________________。

(3)测定电极上铜的质量,正确的顺序为:______________________。

①在电解后,将电极上的铜进行清洗;②用蒸馏水清洗附有铜的电极;③低温洪干刮下的铜粉,进行称量;④称量附有铜的电极的质量;⑤低温烘干电解后的电极,进行称量;⑥再次低温烘干后称量至恒重。

(4)已知:e=1.6×19-19C,则阿伏伽德罗常数的表达式:NA=_____________。

物理知识应用:在物理电学中,电荷的定向移动形成了电流,对于恒定的电流I=Q/t,则有Q=It,利用每个电子所带的电量,就可以充分的与阿伏伽德罗常数NA相结合,就可以得出一定时间内两极之间转移的电子的物质的量。结合氧化还原中物质的化合价的改变,就可以计算出相应的物质的物质的量。通过这样将稳定电流与电化学相结合的相互交叉,成为了近几年高考的热点。

解析:(1)电解CuCl2溶液的方程式为:CuCl2===Cu+Cl2↑,由图示可知,B极有气体生成,即为Cl2,可以推导出B极为阳极,A极为阴极;B与电源的正极相连,A与电源的负极相连,故各装置之间的连接顺序为:E→D→C→A→B→F,这也是电子的流向,那么电流方向为:F→B→A→C→D→E。

(2)B极为阳极考虑电极材料和溶液中的阴离子,故电极反应为:

2Cl—--2e-=Cl2↑。

G中的溶液为淀粉碘化钾溶液,故反应为:Cl2+2I-=2Cl-+I2

根据电解前后的质量差来求得生成铜的质量,故应在电解前对A极进行称量,电解后,需要洗涤烘干,然后称量至恒重。即正确的步骤为④②⑤⑥。

(4)根据生成的Cu,可以得到电解过程中转移的电子数,利用电子得失守恒,可以得到相关的比例关系:

m/64×2NA=It/(1.6×10-19)解得NA=2It/m×1020

三、领会思想,领会物理知识和化学之间的思想交叉点

1.多元渗透,领悟活化交叉思想

随着多学科之间的渗透,化学与数学、物理、生物都有紧密的渗透。在教学中,教师要注重学生对其中思想的渗透,能够灵活的运用物理思想来解决化学知识,使多种学科做到整齐划一。教师哟啊采取多元化的渗透,结合学生的讨论、合作和实验,来对其中的物理知识进行探究,找到两者之间的交叉点,使之能够更深层的理解化学原理,帮助学生利用物理的角度来理解守恒原理、做功原理、标准气体的推导公式、运动学、热力学等等相关知识,促进学生对其中物理化学思想的领悟,降低学生的理解难度。

2.强化训练,提高综合分析能力

高考的试题改革越来越趋向于学科之间的综合渗透。特别是近几年的理科综合试题,不再是单一的理、化、生大拼盘,而是各个学科间都有了一定交叉点,需要利用综合能力才能实现对问题的解决,重点对学生的理解、掌握和运用能力进行考察。在日常的联系中,教师就要对这方面的知识有侧重,针对相互之间的交叉点编制一些综合试题,使学生能够顺利的与高考试题接轨,全面的提高学生的综合分析能力。

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