高中 化学新教材总复习讲义[下学期]
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34．化学与数学的结合
化学计算解题过程，主要是化学知识的运用过程即结合题目条件利用物质的组成、结构、性质和变化规律建立联系，在解题过程中合理使用数学工具可以取得良好效果。
1．利用二元一次方程组解题
有关混合物计算是高中化学中常见的类型，其解题过程大体可分为两个阶段，第一阶段利用化学知识找出题目中各物质或量的关系，第二阶段利用关系列出方程计算得出结果。值得指出的是化学计算中十字交叉法、差量法均是二元一次方程组独特的运算方法。
例1 元素X和Y在周期表中位于相邻的两个周期，X和Y两原子的核外电子数之和为19，Y原子的原子核内质子数比X多3个，则下列叙述不正确的是 [ ]
A．X和Y都是化学性质很活泼的元素，它们在自然界中只能以化合态存在
B．X和Y形成的化合物的化学式可以是Y2X2
C．元素X形成的化合物种类比元素Y形成的化合物种类多
D．Y的单质能置换出盐酸中的氢，不能置换出稀CuSO4溶液里的Cu2+
解析：设元素X和Y核外电子数分别为x和y，根据题目条件，列二元一次方程组
这是将化学关系抽象成数学模型、利用数学工具解决化学问题的解题过程。
答案：A
例2 取一根镁条置于坩埚内点燃，得到氧化镁和氮化镁混合物的总质量为0.470g。冷却后加入足量的水，将反应产物加热蒸干并灼烧，得到的氧化镁质量为0.486g。
（1）写出氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨的化学反应方程式。
（2）计算燃烧所得混合物中氮化镁的质量分数。
Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2↓+2NH3↑
设：燃烧后生成氮化镁xmol。氧化镁ymol。
根据镁原子守恒Mg3N2～3Mg
解得x=0.0008，氮化镁的质量分数为：17.0％。
例3 1993年报道的合成烃中，有一种烃A为C1134H1146，其分子中只含有三种结构单元（Ⅰ—Ⅱ）：
化学式为CnHm的烃，若m＜2n+2，则该烃及该烃的烃基就具有一定的不饱和度（也叫缺氢指数），化学式为CnHm的烃的不饱和度计算式为（2n+2-m）/2；如A的三种结构单元中（Ⅰ）的不饱和度为4，（Ⅱ）的不饱和度为2；（Ⅲ）的不饱和度为0。试求：
①A分子中有上述结构单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各多少个？
②若另一种烃B的化学式为C1398H1278，则其不饱和度为多少？
分析：本题可用列三元一次方程组的方法解题
①设：（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）单元各为x个、y个、z个
2．利用排列组合解决化学问题
在分析化学组成、结构单元等问题时可以利用排列组合的知识将具体问题抽象化，可以简化解题过程。
A．1 B．3 C．5 D．6
答案：D、C
例5 现有10种α-氨基酸，①能构成多少有三个不同氨基酸单元的三肽？②能构成多少种只有两种不同氨基酸单元的三肽？
解析：根据数学中的排列组合知识，确定此题属于有序性排列。
3．利用等差数列、极值解决化学问题
例6 在沥青中含有稠环的芳烃，其中偶数个苯的可视为同系物，如：
①求第25个分子的分子式；
②求含碳量的极限。
解析方法1：①经观察分析 A、B、C分子式分别为C10H8、C16H10、H22H12碳原子数和氢原子数递增呈等差数列，由通项公式an=a1+（n-1）d，求出该一系列有机物的通式；C原子数：公差为6，首项是10，an=a1+（n-1）d=10+（n-1）×6=6n+4。
H原子数：公差是2，首项是8an=a1+（n-1）d=8+（n-1）×2=2n+6。
所以通式为C6n+4H2n+6，第25个分子的分子式为C154H56。
②求含C量的极限
方法2：求含C量的极限
因为n趋于无穷大
例7 有一系列α-氨基酸按如下特点排列：
该系列化合物中碳元素的质量分数的最大值为 [ ]
A．32％ B．46.6％
C．85.7％ D．无法确定
4．利用等比数列解决化学问题
例8 一定的条件下，将等体积NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的 [ ]
A．1/4 B．3/4
C．1/8 D．3/8
解析：设 NO和O2的物质的量均为n。则反应2NO+O2=2NO2和3NO2+H2O=2HNO3+NO可知，nmolNO与n/2molO2反应生成n molNO2，溶于水后得n/3molNO；n/3molNO与n/6molO2反应生成n/3 molNO2，溶于水后得n/9molNO；……继续反应下去，总耗O2量为下列等比数列各项之和：n/2，n/6，n/18…n/（2×3k-1），依等比数列的求和公式，得总耗氧量S=（n/2）/（1-1/3）=3n/4，剩余O2为n-3n/4=n/4mol，则剩余O2的体积为原总体积的1/8。故正确答案为C。
说明：此题也可以用其他的方法来求解。
5．利用不等式解题
根据题设条件求最大值或最小值，从而确定取值范围来解决问题，解题过程中往往可根据某种物质组成的有或无来确定最大值或最小值，有时也可以依据方程式来确定。
例9 今有10.8g碱金属M及其氧化物M2O的混合物与水反应，生成碱16g，则M为
A．Li B．Na
C．K D．Rb
解析：假设10.8g全部是碱金属M，根据2M+ 2H2O=2MOH+H2解得M的相对原子质量小于35。
假设10.8g全部是碱金属氧化物M2O。
根据M2O+H2O=2MOH解得M的相对原子质量大于11，所以碱金属相对原子质量在11～35之间。
答案：B
例10 A、B两种化合物的溶解度曲线如图7-1。现要用结晶法从A、B的混合物中提取A。（不考虑A、B共存时，对各自溶解度的影响）
（1）取50g混合物，溶于100g热水中，然后冷却到 20℃，若要使A析出而B不析出，则要求混合物中B的质量最高不超过多少？
（2）取Wg混合物，溶于100g热水，再冷却至10℃。若仍要A析出而B不析出，请写出在以下两种情况下，混合物中A的质量分数（A％）应满足的条件？（以W、a、b表示）
当w＜a+b时，A％______；
当W＞a+b时，A％______。
分析：当W＞a+b时，只有WB≤b，B才不至于析出，-WB≥-b，两边均加W导出W-WB≥W-b，因为W-WB=WA，
所以WA≥W-b，两边同除以W得出答案。
答案：（1）WB≤20g（2）A％＞a/W A％≥（W-b）/W
例11 在一个容积固定的反应容器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如下图所示的可逆反应，各物质的起始加入量如下：A、B C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol。设E为xmol， 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间位置。填写下列空白：
（1）若x=4.5，则右侧反应在起始时向______方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则x的取值范围为______。
（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？______，其理由是______。
分析：根据题意列出6.5-a+x-2a+2+2a=12
x-2a＞a且a＞0
x=3.5+a
保持平衡向正向移动的前提下解得x＞3.5。
答案：（1）正；3.5～7.0（2）不等；温度不同，平衡状态不同。
例12 若A是相对分子质量为128的烃，则其分子式只可能是______。若A是易升华的片状晶体，则其结构简式为：______。
解析：设烃的分子式为CxHy，相对分子质量为M，则M=12x+y；y=M-12x。因为y/2（任何烃分子中的氢原子数大于2，只有乙炔分子中氢原子数等于2），因为y≤2x+2（任何烃分子中的氢原子均不能大于其碳原子数的两倍加2），得不等式2≤M-12x≤2x+2。
即A的分子式为C9H2O或C10H8。
由题中所给的已知条件看，解题所得的两种物质，能升华的片状晶体只能是萘，则其分子式只能是C10H8，其结构简式为 。
例13 已知氟化氢气体中存在着下列平衡2（HF）3 3（HF）2，（HF）2 2HF。
若平衡时气体的平均摩尔质量是42g/mol，试通过论证（HF）3的体积分数必大于10％。
解析：解题的前提是相同的条件下，混合气体中各组分的体积分数等于其物质的量分数。
解法1：设（HF）3占体积分数为x，（HF）2占的体积分数为y，HF占1-x-y。
60x+40y+20（1-x-y）=42
2x+y=1.1，因为1-x-y＞0，x+y＜1。故x=1.1-（x-y）＞0.1，即（HF）3的体积分数必大于10％。
解法2：设（HF）3占x，（HF）占y，（HF）2占1-x-y。
60x+40y+40（1-x-y）=42，x-y-0.1，因为y＞0，所以x＞0.1，即（HF）3的体积分数必大于10％。
解法3：用反证法：①设（HF）3的体积分数等于10％，HF的体积分数为x，（HF）2的体积分数为0.9-x，则：60×10％+40（0.9-x）+20x=42，x=0，而x不可能为零，故（HF）3的体积分数不等于10％。
②设（HF）3的体积分数小于10％。
则有40（0.9-x）+20x＞36，x＜0不合理，故（HF）3的体积分数不可能小于10％，综合①、②结论，（HF）3的体积分数必大于10％。
6．利用函数图象法解决化学问题
解决某些化学问题时，通过建立数学函数，通过研究数学函数或函数所对应的图象使所要研究的问题直观化、形象化，并使复杂问题抽象成简单关系进行研究。
例14 在一支10mL的试管中充满NO2和O2，将其倒立在水槽中，被水充分吸收，若以y/mL表示完全反应后试管内剩余气体的体积，以x/mL表示原混合气体中NO的体积。
（1）试建立y=f（x）的关系式（讨论x为不同值时，反应后的体积为y）。
（2）在坐标图中作出y=f（x）的曲线。
解析：当NO2和O2的混合气体被水全部吸收时，它们的化学反应式为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，由反应可知：当n（NO2）∶n（O2）=4∶1时，恰好完全反应，无剩余气体；当n（NO2）∶n（O2）＜4∶1时，O2过量，反应后剩余气体是O2；当n（NO2）∶n（O2）＞4∶1时，NO2过量，过量的NO2又跟水反应；3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应后剩余气体是NO。
显然，就本题来说，NO2气体的体积有两种可能情况：即NO2体积大于8和小于8。
设NO2的体积为xmL，则O2的体积为（10-x）mL。
（1）①若O2过量，则0≤x＜8，
4NO2+O2+2H2O=4HNO3体积减少
4 1 5
x x/4 5x/4
②若NO2过量，则8＜x≤10
a．4NO2+O2+2H2O=4HNO3体积减少
4 1 5
4（10-x）（10-x） 4（10-x）
b．3NO2+H2O=2HNO3+NO体积减小
x-4（10-x）2 （5x-40）/3
y=10-[5（10-x）+2（5x-40）/3]=5x/3-40/3
（2）y与x的关系如图7-2所示。
例15 在标准状况下，将100mLH2S和O2的混合气体点燃，反应后恢复到原状况，发现反应所得气体的体积V（总）随混合气体中O2所占的体积V（O2）的变化而不同，其关系如图7-3（气体的体积均在同温、同压下测定）。
用含V（总）和V（O2）的函数式表示V（总）和V（O2）的关系。
解析：此题一看就很容易联想到H2S与O2的反应，然后根据H2S或O2过量的不同情况来列关系式。但如果从数学的角度来解此题会更简便。由化学方程式可知AB，BC段符合线性关系，所以可以利用数学上求分段函数的知识得出AB，BC两段的方程。
AB段的斜率为-3，BC段的斜率为3/2，由截距式和两点式可得AB，BC段的方程：
AB段
V（总）=100-3V（O2），0＜V（O2）≤33.3。
BC段
V（总）=3V（O2）/2-50，33.3＜V（O2）≤100；即为V（总）和 V（O2）的关系。
7．利用立体几何解决化学问题
将化学问题中复杂抽象的数量关系转化为简明的几何图形，将几何图形中包含的有关化学问题的数量关系抽象出来再加以解决。
例16 已知某碳氢化合物A的分子中：
①有6个碳原子；②每个碳原子都以3个键长相等的单键分别跟其他3个碳原子相连，形成2个90度的碳—碳—碳键角和1个60度的碳—碳—碳键角，根据以上事实判断，A的分子式是______，分子中（填“有”或“没有”）______碳碳双键，A的结构可以表示为（只要求写出碳架，不需要写出C、H的符号）______。
分析：（1）已知一个C原子与三个C原子相连，所以一个C原子结合一个H原子，所以A的分子式为C6H6。
（2）设a与b、c、d三个C原子相连∠ba656c=60度，若∠bad=∠dac=90度，则ad垂直于bac所在平面，所以A的结构只能为图所示。
答案：分子式为C6H6，无，示意如图7-4。
例17 已知LiI晶体结构为NaCl型，实验测得Li+和I-最临近的距离为3.02×10-10m，假定Li+和I-都是刚性球。试回答下列各问：
（1）欲计算Li+和I-近似半径，你还须做何种假设？
（2）计算Li+和I-的近似半径。
（3）若用另一方法测得Li+的半径为6.0×10-11m～6.8×10-11m，试验证你的假设是否正确。
解析：（1）由于阴阳离子已经假定都是刚性球，想求半径还得假设离子间相互接触。
r-=2.14×10-10m，故r+=8.80×10-11m。
（3）由于离子间有间隙（离子不能直接接触），即r-+r+＜3.02×10-10m。
r+＜8.80×10-11m，所以假设成立。
8．利用特殊值
利用特殊值是指在化学计算中利用化合价或角标数字只能取自然数的特点，讨论解不定方程的方法。
例18 某含氧酸的化学式为HnXO2n-1，该含氧酸受热分解生成氧化物的化学式可能是 [ ]
A．XO B．XO2
C．X2O3 D．XO3
分析：利用化合价代数和为零，计算出X的化合价为3n-2，运用n只能取自然数即n= 1、2、3、…，分别代入上述计算式得出结论。
答案：B
9．利用奇偶数性质
运用数学运算法则中奇数加偶数得奇数，偶数加偶数或奇数加奇数得偶数的特点解决化学实际问题。
例19 X、Y、Z均为短周期元素，X元素的最外层只有一个电子，Y元素的原子M层上电子数是K层、L层电子数总和的一半，Z元素的原子L层电子数比Y原子L层电子数少2个，则由这三种元素组成的化合物的化学式不可能的是 [ ]
A．X3YZ4 B．XYZ3
C．XYZ2 D．X2YZ4
分析：此题若在单选题中，根据题意可知X、Y、Z均为短周期元素，且Z元素原子的最外层有6个电子、Y元素的原子最外层有5个电子，导出在化合物中Y与Z化合价代数和必为奇数，X最外层只有一个电子，所以化学式中X的角标必为奇数。
答案：D
例20 X、Y是短周期元素，二者能组成化合物X2Y3，已知X的原子序数为n，则Y的原子序数不可能的是
A．n+11 B．n-6
C．n+3 D．n+4
分析：根据化学式X2Y3可知X价态为+3或+6、Y价态为-2或-4，但若X为+6、Y为-4不能成立，所以根据X、Y是短周期元素可以判断出X为奇数族数的元素，Y为偶数族数的元素，族数差必为奇数。
答案：B、D
10．辅助状态
辅助状态是指按照常规方法很难得出结论。若采取某种中间状态做参照物进行比较，从而迅速获得答案的方法，这一思想与数学解题过程中加辅助线的方法同出一辙。
例21 质量分数分别为70％与10％的两种硫酸等体积混合后，所得硫酸溶液的质量分数为 [ ]
A．40％ B．大于40％
C．小于40％ D．无法确定
分析：根据题意要计算溶质质量分数分别为70％与10％的两种硫酸等体积混合后，所得硫酸溶液溶质质量分数，应知道所得溶液中溶质和溶液的质量，很显然题目条件不足。直接计算行不通，能否采取间接方法？通过题于条件及选项可知，40％是将70％与10％的两种硫酸等质量混合后所得硫酸溶液的质量分数，将等体积混合和等质量混合两种状况进行比较后不难发现它们的差异是等体积时硫酸的用量大于等质量时硫酸的用量，进而得出结论。
答案：B
例22 在一真空恒容容器中盛有1molPCl5，加热到200℃时发生如下反应，PCl5（气） PCl3（气）+Cl2（气），反应达到平衡PCl5所占体积分数为m％，若在同一容器同一温度下，最初投入的是2molPCl5，反应达平衡后PCl5所占体积分数为n％，则m与n的关系正确的是 [ ]
A．m＞n B．m＜n
C．m=n D．无法比较
分析：将容器改为恒压容器，则反应达平衡后温度、压强相同PCl5分解率相同，但平衡2体积是平衡1的两倍，将平衡2容器压缩至原来体积的一半，分析平衡移动的方向，得出结论。投料不变容器改成恒压容器，恒压容器就是引入的中间状态。在化学平衡移动有关判断中，变化因素较多，各因素间又相互制约，在多因素变化的两个状态间恰当引入中间状态，可以避繁就简的解决问题。
答案：B
例23 在一个活塞式的反应容器中，通入2molSO2和1molO2，于500℃下发生化合反应并达到平衡，在保持恒温、恒压的条件下，再通入2molSO2和1molO2，下列叙述的内容完全正确的是 [ ]
A．v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
B．v正增大，v逆不变，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
C．v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
D．开始时v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动；随后又逐渐恢复到原反应速率和原平衡状态，SO3的质量分数保持不变
分析：引入一个体积是原容器体积两倍的容器其它条件不变，进行两个容器比较。
答案：D
精选题
1．标准状况下10mLNO与NO2混合气体的相对分子质量为39.6，通入适量的O2后，气体体积仍为10 mL，但相对分子质量变为42.8，则通入的O2体积为______。
2．工业废气中氮的氧化物是重要的污染源，有一种治理污染的方法是通入适量的NH3将其还原为无毒的N2和H2O，现有含氮的氧化物NO和NO2的混合气体3L，用相同条件下的NH33.5L恰好完全反应，则混合气体中NO和NO2的体积比是 [ ]
A．1∶4 B．1∶3
C．1∶2 D．1∶1
3．在容积相同的两个密闭容器中A和B保持温度为423K，若同时向AB中加入amol及bmol的HI气体，且a＞b，待反应：2HI（气） H2（气）+I2（气）达到平衡时，下列说法正确的是 [ ]
A．从反应开始到达到平衡，所需时间tA＞tB
B．平衡时I2的浓度[I2]A=[I2]B
C．平衡时I2蒸气在混合气体中的体积分数A容器中的大于B容器
D．HI的分解率aA=aB
4．晶体具有规则的几何构型，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl晶体结构如图7-6所示
已知FexO晶体结构为NaCl型，x值应为1，但由于晶体缺陷，x值小于1。测得FexO晶体密度为5.71g/cm3，晶体边长为4.28×10-10m。试求：（此题铁原子相对原子质量为55.9，氧原子相对原子质量为16）
（1）FexO中x值（精确至0.01）为______。
（2）晶体中铁元素以Fe2+和Fe3+形式存在，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数（用小数表示，精确至0.01）为______。
（3）此晶体的化学式（用FemFenO形式书写，m和n用小数，并注明Fe的化合价）为______。
（4）与某个Fe2+（或Fe3+）距离最近且相等的O2-离子所围成的空间几何形状为______。
（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为______。
5．石油分馏物中含有一种烷烃（A），图7-7为3种已经合成的由2个、3个、4个A为基本结构单元“模块”像搭积木一样“搭”成的较复杂笼状烷B、C、D。根据上述条件推断并填空：
（1）A的分子式为______，它是由______个六元环构成的立体笼状结构，其中有______个碳原子为3个环共用。
（2）A的一溴取代物有______种同分异构体。
（3）药品“乌洛托品”（六甲基四胺）是生物碱，为共价化合物，化学式为C6H12N4，其分子空间结构与A相同，则其分子中每个氮原子与______个碳原子结合，这些氮原子间排列的空间构型与无机物中______（填化学式）分子空间结构相同。
（4）链状烷烃同系物的分子通式为CnH2n+2（n=1、2、3、…）。若A、B、C、D…也是同系物关系，请写出这一系列的分子通式______。
（5）若在D上再加上一个A“模块”得到E，E的分子式为______，A“模块”的堆积方式是否会造成E有同分异构体（填有或无）______。
6．某有机物，CxHmOn完全燃烧时，需要氧气的物质的量是该有机物的x倍，则该有机物的化学式中x、m、n的关系可能的是 [ ]
A．x∶m∶n=1∶2∶1
B．m∶n=2∶1
C．m≤2x+2
D．m≥2x+2
7．在标准状况下，H2和Cl2的混合气体m mL在一定条件下使之反应，所得气体恰好使n mol NaOH完全转化为盐，则m和n的关系不可能的是 [ ]
A．m/22.4=n
B．m/22.4＞n
C．m/22.4＜n
D．m/11.2≤n
8．在密闭容器中充入CO2和CO混合气体，其密度是相同的条件下氦气密度的8倍，这时测得容器内的压强为p1。若控制容器的体积不变时，加入足量的Na2O2，充分振荡并不断用电火花点燃至反应完全，恢复到开始的温度，再次测得容器内的压强为p2，则p1和p2之间的关系是 [ ]
A．p1=8p2 B．p1=4p2
C．p1=2p2 D．p1=p2
9．氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应：
的物质的量浓度的变化来表示该反应速率的速率-时间图象，下列说法不正确的是 [ ]
A．反应开始速率增大可能是[H+]增大引起的
B．纵坐标为V（Cl-）的速率-时间曲线与右图曲线能完全重合
C．后期反应速率下降的原因是反应物浓度减小
10．乙烯、乙醇等分别燃烧时，消耗O2和生成CO2的物质的量比都是3∶2。若把它们分别看成（CH2）m（CO2）n（H2O）p的形式，当m、n、p符合一定的关系时成立，可推导其他化合物。现有甲酸、乙醛酸（OHC—COOH）等有机物，若使它们分别燃烧。其消耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2。
（1）若用上述氧化物形式表示时，只要分子式符合______形式，分别完全燃烧所耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2。
（2）符合上述消耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2的无机物分子式是_____。
（3）题设（CH2）m（CO2）n（H2O）p形式的有机物，燃烧生成CO2和消耗O2的体积比为4∶3时，m、n、p必须满足的条件是______。
答 案
1．1mL 2．B
3．容积相同的两个密闭容器，说明A、B两个容器是恒容容器，状态A与状态B之间投入HI气体的物质的量不相同、压强也不相同，引入辅助状态C，让C与A之间压强相同而投入量不同，由于浓度、温度相等所以反应速率相同，达到平衡状态所需时间相同，平衡时I2的浓度[I2]A=[I2]C，HI的分解率aA=aC。将C与B比较，浓度不同而投入量相同，由于2HI（气） H2（气）+I2（气）反应方程式前后系数相等，压强变化对化学平衡状态无影响，但浓度大反应速率大，从反应开始到达到平衡，所需时间tC＞tB。
4．（1）0.92（2）0.826（3）Fe0.76Fe0.16O（4）正八面体（5）3.03×10-10
5．（1）C10H16 4，4（2）2（3）3，P4（4）C4n+6H4n+12（n=1，2，3…）（5）C26H32，有
6．B7．D8．A9．A
10．（1）（CO）m（H2O）n和（CH2）m（CO2）2m（H2O）p（2）CO（3m∶n=1∶1，p为任意值
35．化学与物理的结合
物理和化学综合能力测试内容要求：（1）通过试验观察自然现象，根据图表、图形、数据解释说明有关概念或图示的相关概念。（2）应用所学的知识对自然现象进行系统的分析和多角度、多层次的描述。（3）正确评价人与自然的关系。（4）体现生态安全的可持续发展的价值取向。
综合上述测试内容要求，物理和化学综合能力测试将主要在自然现象、原子核及原子结构、气态物质的物理及化学变化、环境保护和人类生存条件、工农业生产和生活实际、新能源、新材料、现代科技及现代生活等交叉和渗透及综合知识（课题），凡是与这一课题相关的知识都会成为理化综合测试题命题的热点。
1．电学
氧化还原反应是中学化学内容重要组成部分，氧化还原过程中伴有电子转移发生，电子转移或移动恰好是物理学中的电学中的内容，通过电子转移将二者联系起来。原电池（或电解池）为氧化还原反应的重要的应用，形成原电池（或电解池）时负极（或阳极）失电子总数和正极（或阴极）得电子总数相等，电子转移成为它们的桥梁，可以通过此桥梁求解相关的量；在有电场存在下正负电荷分别向高电势和低电势方向移动成为物理学与化学的又一结合点。
例1 两根镍棒分别与电源正、负极相连，并都插入NiSO4溶液中，若电流强度为I，通电时间为ts，结果阳极质量减少mg。已知每个电子的电量为1.6×10-19C，则可推知阿伏加德罗常数为______。
解析：本题金属作为阳极，由单质变成Ni2+失电子总数和导线中电子流动总数相等形成解题的桥梁。
求得：NA=（58.69×I×t）/（1.6×10-19×2m）
例2 100.0g无水氢氧化钾溶于100.0g水。在T温度下电解该溶液，电流强度I=6.00A，电解时间10.00h。电解结束温度重新调至T，分离析出的KOH·2H2O固体后，测得剩余溶液的总质量为164.8g。已知不同的温度下每100g溶液中无水氢氧化钾的质量为：
求温度T，给出计算过程，最后计算结果只要求两位有效数字。
注：法拉第常数F=9.65×104C/mol，相对原子质量：K39.1 O16.0 H1.01
解析：此题为物理学和化学相结合，根据电解规律可知，电解KOH相当于电解水，阴阳两极得失电子总数和电路中转移电子数相等，此为解题的关键。电解反应是水分解为氢和氧。时间10.00h，电流强度6.00A，总共提供电量Q=It=216×103C，相当于2.24mol电子，每电解1mol水需电子2mol，故有1.12mol水，即20.1g水被电解。从剩余溶液的总质量可知有35.2g物质离开溶液，其中有20.1g水被电解，故结晶的KOH·2H2O的质量为15.1g。故：
根据溶解度数据，T应在20～30℃之间，故溶解度与温度的线性关系方程式为：
T=20℃+（55.1-52.8）/（65.8-52.8）×10℃=28℃
例3 某学生试图用电解法根据电极上析出物质的量来验证阿伏加德罗常数，其实验方案的要点为：
1．用直流电电解氯化铜溶液，所用的仪器如图7-9。
2．在电流强度为IA，通电时间为ts后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。
试回答：
（1）连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注的仪器接线柱的英文字母表示。下同）：
E接______，C接______，______接F。
实验装置线路中的电流方向为______→______→______→______→______→______。
（2）写出 B极发生反应的离子方程式______，G试管中淀粉KI溶液变化的现象为______，反应的离子方程式为______。
（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必须的实验步骤的先后顺序应是______（选填下列操作步骤的编号）。
①称量电解前电极的质量②刮下电解后电极上的铜③用蒸馏水冲洗电解后电极④低温烘干电极后称量⑤高温烘干电极后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重
（4）已知电子的电量为1.6×10-19C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：
NA=______。
解析：该题要求用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数数值，是将物理和化学有机融合在一起的试题。它改变了化学实验考核仅仅是玻璃仪器连接的考法，不仅要求学生能正确地把电解装置中电解池和直流电源相连接，而且要求在电解装置中串联一只电流表。此题最后给出了电子的电量，要求根据电解后电极上析出铜的质量。列出阿伏加德罗常数的计算公式。
（1）连接这些仪器的正确顺序为E接D，C接A，B接F。
连接的实物图如图7-10。
实验装置线路中的电流方向为F→B→A→C→D→E。
（2）写出B极发生反应的离子方程式2Cl--2e→Cl2↑，G试管中淀粉KI溶液变化蓝色，相应的离子方程式Cl2+2I-=2Cl-+I2。
（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必须的实验步骤的先后顺序应是①、③、④、⑥。
本实验的最终目的是正确的称量电极上析出铜的质量，因此，电解前必须正确称量电极的质量，电解完成后，正确地称量电解的增加值，是关键的一步。它首先要用蒸馏水清洗电极上残留的铜离子和氯离子，然后要烘干洁净的电极，但是要注意不能在较高的温度下操作，否则电极上的铜易被氧化，造成称量的误差。为了避免称量中的误差，对电极要再次低温烘干后称量至恒重。
（4）已知电子的电量为1.6×10-19C。在单位时间内电路中通过的总电量为Q=It。铜失电子总数和电路中通过电子总数相等。
例4 由实验得知，用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价a的乘积，其比例系数F是一个恒量，称为法拉第常数，它与金属的种类无关。
已知：阿伏加德罗常数NA=6.023×1023 mol-1，电子电量e=1.60×10-19C
Cu的原子量：64×10-3kg·mol-1
①如果电解硫酸铜溶液获得1kg的金属铜，通过电解槽的电量是多少？
②用电铰的方法在半径为R的钢球壳表面均匀的镀上很薄的银层，在电镀槽中钢球是阳极还是阴极？另一电极是什么材料？若电流强度为I，银的相对原子质量为A，金属银的密度为ρ，求镀层的厚度 d（其他用本题中的符号表示，法拉第常数为9.64×104C·mol-1）。
解析：此题中涉及到内容有物理、化学，还有数学等相关的知识，是一道综合性很强的题目。①解答的关键是铜失电子总数等于电路中电子总数，②解答线索是通过电路中提供的电量，可求得析出银的总质量，同时mAg=ρV=4πR2dρ，即可以求出d。
电量Q=Fan=9.64×104×2×15.6=3.0×106C
②钢球是阴极，阳极材料是银
由电解定律，It=Fan，此题中，银，a=1
例5 图7-11所示，A与B试管中的电极为多孔的惰性电极；c和d为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a和b两极。若在A和B试管中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，合闭K2和K3，通过直流电，则：
①在湿的Na2SO4溶液滤纸条上的中心的KMnO4液滴，观察到的现象是______，理由是______。
②标出电源的正、负极，a为______极，b为______极。
③写出电极反应式：A中______，B中______。
④若电解一段时间后，A和B中均有气体包围电极。此时切断K2和K3，闭合K1，则电流表的指针______（填“会”或“不会”）移动。
⑤若电流表的指针不移动，说明理由；若指针移动，也说明理由（均可用反应式表达）。
解析：此题将物理学中带电粒子在电场中的移动、并联电路、欧姆定律和电极反应化学知识等结合起来，是一道横跨物理和化学综合性很强的题目。本题的解题关键有两点：（1）电解氢氧化钾溶液相当于电解水；（2）负电荷在电场中向高电势方向移动。电解反应中阴阳两极得失电子总数相等时产生的氢气体积是氧气体积的二倍，电解时阳极出氧气，阴极出氢气可以判断a、b电极的正负情况，通过a、b的正负
答案：
②负；正③A中：4OH--4e=2H2O+O2↑B中2H++2e=H2↑
④会⑤因A中的O2，B中的H2与KOH溶液形成H2、O2燃料电池。
电极反应为：
A：O2+4e+2H2O=4OH- B：2H2-4e+4OH-=2H2O
2．力学
由阿伏加德罗定律可知同温、同体积条件下气体的物质的量之比等于压强之比，由此可知气体的物质的量和物理学压强联系起来形成物理、化学知识的一个结合点；解决此类问题必须找出二者之间的联系，从而建立关系。
例1 高中化学中，有些知识点的学习只有联系物理或数学的知识才能加深理解，如要掌握“喷泉实验”，还必须弄清以下几个问题：（1）是否只有水溶性很大的气体才能形成喷泉？（2）多大溶解度的气体才能形成喷泉？（3）喷泉实验成败的关键是什么？除了课本中的实验装置外能否采用其他装置？这里就要应用物理学中有关压强知识来研究分析。
解析：设实验时所用的烧瓶容积为250mL，玻璃导管长35cm，胶头滴管内能够挤出约0.5mL的水，可用压强知识计算出胶头滴管挤出0.5mL水溶解气体的最小体积数。要使水顺利喷出，瓶内外的压强差必须超过一个特定的值，即这个压强差（设为△p）必须克服玻璃导管水柱的重力作用才能使水顺利压入烧瓶。由压强知识知：1个大气压相当于由10.34m高的水柱产生的压强，则有：1atm/10.34m=△p/0.35m，△p=0.034atm，即烧瓶内气体压强至少减少至 0.966atm。由道尔顿分压定律p总V分=p分V总，得：1atm×V=0.034atm×250mL，所以V=8.5mL。即此压强差△p相当于由8.5 mL气体所产生的压强，水就可以喷出。由此可知，当气体的溶解度大于或等于17左右时，就有可能形成喷泉。进而就可得出，诸如HBr、HI、SO2等气体均可以做类似的喷泉实验，还有像二氧化碳、氯气等气体也可以用氢氧化钠溶液做吸收液来做喷泉实验。
例2 如图7-12所示装置。玻璃匙盛硫，金属丝用于加热（不和硫反应），容器内盛氧气，U形管内盛汞，反应前两侧汞液面持平，给金属丝通电加热使硫起反应。反应完成后使容器内的温度恢复到反应前的温度，U形管两侧汞液面仍持平。
（1）由实验结果能得到结论是______。
（2）若反应前后容器内盛空气或N2O。分别如上实验并恢复到原温度时（已知二者反应后容器内所含物质种类相同，空气看作由N2和O2组成），U形管两侧汞面情况（用化学方程式表示并简单说明）：
①盛空气汞液面______（是、否）持平，原因______。
②盛N2O汞液面______（是、否）持平，原因______。
解析：此题为阿伏加德罗定律内容的引申，压强由U型管两侧汞柱高度表示出来，从实验结果两侧汞液面持平（即压强不变）可以推知反应前后气体体积不变，硫单质为固体体积可以忽略不计，满足体积不变，也就是每消耗1molO2就得生成1mol气体。空气看作由N2和O2组成，N2和S不发生反应，硫和氧气发生反应S+O2=SO2，反应前后气体的物质的量不变，因此汞液面持平；从题目信息二者反应容器内所含物质种类相同可知N2O和S反应的产物为N2和SO2，化学方程式为S+2N2O=2N2+SO2，可以看出反应前后气体物质的量不同，因此汞液面不持平。
答案：
（1）反应前后气体体积不变，每消耗1molO2就得生成1mol气体。
（2）①是；S+O2=SO2，反应前后气体的物质的量不变。
②否；2N2O+S=2N2+SO2，反应前后气体的物质的量改变。
例3 在一烧杯中盛有100mL2mol·L-1的H2SO4溶液，同时有一表面光滑的塑料小球悬浮于溶液中央（如图7-13所示）。向该烧杯里缓缓注入0.4 mol·L-1的 Ba（OH）2溶液至恰好完全反应，在此实验过程中：
（1）烧杯里观察到的实验现象有：
①______
②______
（2）写出实验过程中的反应的离子方程式______。
解析：此题将物理学中的浮力和化学反应后产物的变化联系起来，反应前是硫酸溶液，当加入Ba（OH）2溶液后，发生反应而变成水溶液，BaSO4是不溶物，硫酸的密度比水的密度大。物体悬浮在溶液中的条件是溶液的密度和物体的密度相等，变成水溶液后，水的密度小于物体的密度，所受水的浮力小于物体所受的重力，物体下沉。
答案：
（1）①溶液里产生白色沉淀 ②小球沉至烧杯底部（或小球下沉）
3．能量守恒
任何化学反应的发生都伴有能量的转换，有的以热能的形式放出或吸收。物体的运动、生物的成长都需要化学反应提供能量。因此能量转换将物理学中的有关定律、原理等知识和化学联系起来，能量守恒成为解决此类问题的桥梁。
例1 在绿色植物光合作用中，每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10-7m的光量子。同时每放出1molO2植物储存469kJ的能量。绿色植物能量转换效率为（普朗克常数值：h=6.63×10-37kJ·S）______。
A．34％ B．29％
C．37％ D．40％
解析：此题将物理学中光能、化学反应的发生结合起来。根据能量公式E=hv=hc/λ，放出1molO2的总能量为：
E总=6.63×10-37kJ·s×3×108m·s-1÷6.88×10-7m×8×6.02×1023
=1392.3kJ
η=469kJ÷1392.3kJ×100％=34％
故答案为A。
例2 某短跑运动员的体重为70kg，起跑时能以1/7s冲出1m远，能量全部由消耗体内的葡萄糖提供，其热化学方程式为：
C6H12O6（s）+6O2（g） 6CO2（g）+6H2O（l）+2804kJ
则该短跑运动员消耗的葡萄糖的质量是 [ ]
A．0.22g B．0.55g C．0.66g D．0.44g
解析：本题将物理学中的有关运动学、动能定理、冲量定律等知识和化学的热学知识联系起来，考查学生的结合物理学知识来解答化学问题的综合应用能力。
再由C6H12O6（s）+6O2（g） 6CO2（g）+6H2O（1）+2804kJ
180g 2804 kJ
x 6.860kJ
解得x=0.44g，故选择D。
4．运动学
例1 如图7-14表示容积固定的2L密闭容器中进行的某一可逆反应A（气）+2B（气） 2C（气），以B的物质的量mol/L浓度改变表示的反应速率v正，V逆与时间的关系图（1）。已知v的单位为mol·L-1·s-1，则图中阴影部分的面积可表示 [ ]
A．A的物质的量浓度的减少
B．B的物质的量浓度的减少
C．C的物质的量的增加
D．B的物质的量的减少
解析：在物理学中的身变速直线运动中常用图7-14（2）来分析速率、时间和位移的关系。时间t时质点的位移相当于图中阴影部分所占的面积。分别比较匀变速直线运动中速度与化学反应速率的单位、位移与物质的量浓度单位，分别是m/s、mol/L·s和m、mol/L。从中得出（1）中阴影部分来分析（1）解决本题，可得出可用同样的方法来分析应该是由于正反应而使B的物质的量浓度的减少值与由于逆反应而使B的物质的量浓度增加值之差值。因为起始正反应速率大于逆反应速率，所以阴影部分是B的物质的量浓度的减少值，答案为B。
例2 根据“同温、同压下气体扩散速率与式量的平方根成反比”的原理，在一根120cm长玻璃管两端分别盛有氨气和氯化氢气体，当两种气体同时扩散，在约什么位置相遇而生成白烟？
A．距HCl 48.6cm
B．距NH3 48.6cm
C．距HCl 71.3cm
D．距NH3 60cm
解析：此题是化学反应和物理学中的运动学相结合的，利用物理学的知识来解答化学问题，根据运动定律可知速率与式量的平方根成反比，气体分子运动位移和速率成正比，设NH3运动位移为x，则HCl的运动位移为120-x。
精选题
1．由于Fe（OH）2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。应用如图7-15所示电解实验可制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。两电极的材料分别为石墨和铁。
①a电极材料应为______，电极反应式为______。
②电解液c可以是（填编号）______。
A．纯水
B．NaCl
C．NaOH溶液
D．CuCl2溶液
③d为苯，其作用为______，在加入苯之前对c应作何简单处理？
④为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（填编号）______。
A．改用稀硫酸作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当的减小两电极间的距离
D．适当的降低电解液的温度
2．如图7-16所示装置，a和b两极均为铂电极，通电一段时间后，a极上产生了112mL（SPT）气体，问：
①b极产生的气体在标准状况下有多少毫升？
②设想如何利用电子所带电量设计一个简单的实验装置，用于获知阴、阳两极电极产物的物质的量，指出所需测定的物理量。
3．有 A、B、C三种电解质溶液分别装在三个烧杯中，烧杯中插有石墨电极，并按图7-17所示方式在电路中连接。闭合开关K后，测得各支路电流强度IⅠ约等于IⅡ（其中IⅢ略小）。若撤去B，测得各支路电流强度IA远小于IC；若撤去C，并将A和B两溶液混匀后均分为两等份，再重置于电路Ⅰ、Ⅱ处测知通过A和B混合溶液的电流强度与先前通过A溶液的电流强度的相对大小关系为IAB远大于IA。
已知A、B、C分别选自下列溶液：0.1mol·L-1盐酸、0.1mol·L-1醋酸、0.1mol·L-1氯化钠溶液，0.1mol·L-1硫酸、0.1mol·L-1NaOH溶液、0.1mol·L-1氨水。且25℃时，A溶液pH＜7。
回答下列问题：
①指出A、B、C是（或可能是）什么溶液？
A______、B_____、C_____
②若向C溶液中滴入酚酞试剂呈红色，则C是______；将A、B、C分别以等体积进行两两混合，结果是哪种组合的混合液中水的电离度最大？（选填A、B、C回答）_____。
4．将一种化学式为R（NO3）x·nH2O的硝酸盐晶体6.05g溶于水配成500mL溶液，用石墨棒作为电极材料对此溶液进行电解。当以通过电流强度为5A的电流16.05min时，溶液中的金属离子已全部放电，且其中一极增重1.60g（已知此晶体的摩尔质量为242g/mol）。则：
①x=______，②R的原子量为______，③n=______。
④若反应前后体积保持不变，反应后溶液的pH=______。
5．用石墨电极电解pH=3的稀硫酸溶液50mL，通电1h停止电解。此时测得溶液的pH=2，已知每个电子所带电量为1.6×10-19C，则下列说法正确的是 [ ]
A．电源的电压为36V
B．阴、阳两极共产生168L气体
C．电路中的电流强度约为134 A
D．溶液的质量减少15g
6．现有实验药品：一定质量的锌（分片状和粒状两种）、浓硫酸（密度1.84g·cm-1）、水以及图7-18装置，图中量气管B是由甲、乙两根玻璃管组成，它们用橡胶管连通，并装适量的水，甲管有刻度（0～100 mL），甲、乙管可固定在铁架上，供量气用，乙管可上下移动，以调节液面高度，利用此装置可测定锌的相对原子质量（设锌全部反应，产生的气体不超过50mL）。回答下列问题：
（1）实验前为检查装置的气密性，先将A、甲、乙三管固定，乙管中注入水，液面高于甲液面，静置片刻，______，说明装置气密性良好。
（2）按图示装置实验，耍保证不漏H2，应如何操作？______
（3）为了准确地测量H2的体积，在读取反应后甲管中液面的读数时，应注意______（填写序号）。
A．视线与凹液面最低处相平
B．等待片刻，待乙管液面不再上升时读数
C．读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平
D．读数时不一定使甲、乙两管液面相平
答 案
1．①Fe；Fe—2e=Fe2+②B、C③隔绝空气，防止Fe（OH）2被空气氧化；加热一段时间④B、C
2．①224mL②要求创造性地将电学中电流的定义（I=Q/t）加以灵活运用，要获知阴阳两极电解产物的物质的量，只要求出导线中通过的电量即可，而求电量仅需测定时间和电流强度。在电解电路中增加一个电流计即可。
3．①醋酸；氨水；盐酸或氯化钠或氢氧化钠溶液。②NaOH溶液；A和B
4．①2；②64；③3；④1 5．A
6．（1）液面保持不动
（2）将A试管胶塞打开，加适量水，再沿试管壁慢慢注入少量浓H2SO4，液体体积不超过试管容积的1/3，振荡；试管斜放，把锌片放在试管内壁上，塞上胶塞，试管慢慢直立，锌与稀硫酸接触。（3）A、C
36．化学与生物的结合
化学和生物综合测试题结合特点有三类：一类是渗透，如糖类、蛋白质与细胞，有机物和生物遗传等；二类是交叉，如元素、化合物与生物的新陈代谢、污水处理与自然环境等；三类是综合，如有机物主要来源、农副产品加工、资源综合利用，新产品、新能源、新材料与生物的遗传和生命的起源。这方面的内容要求我们教师有意识地在立足于两学科及本学科的基础上，挖掘出两门学科相关的、交叉的教学资料，拓宽教学内容的广度，增加交叉的知识面，主动的去渗透，教会学生综合分析的方法。提高学生运用化学、生物视角去观察分析生活、生产和社会中的各类有关实际问题的能力。
例1 证明“光合作用需要二氧化碳的实验”可利用图7-19所示的甲（玻璃缸中盛NaOH溶液），乙（玻璃缸中盛清水）两个装置，将这两个装置同时放在黑暗处一昼夜，然后一起放到阳光下，几小时后分别取下甲、乙装置中的叶片，分别在酒精中热水浴脱色，用水漂洗后分别加碘，发现甲装置中的叶片不变蓝，而乙装置的叶片却变蓝。
（1）加碘后甲装置中的叶片不变蓝，说明其叶片没有______生成，其原因是甲装置里的二氧化碳______，反应的化学方程式为______。
（2）加碘后乙装置中的叶片变蓝，则细胞中变蓝的结构是______，其原因为______。
解析：
本题为化学学科中化学方程式的书写和生物学科中光合作用进行的场所、实质综合性的题目，应充分利用生物学的原理解决化学问题，通过对试验现象的观察、分析，考查学生的观察能力、分析能力。
答案：
（1）淀粉；被氢氧化钠溶液吸收；CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
（2）叶绿体；植物利用二氧化碳在叶绿体中进行了光合作用，合成了糖类——淀粉，淀粉遇碘变蓝。
例2 A、B、C是大家熟悉与生命运动密切相关的三种化合物，它们所含元素不超过三种，并有下列转化关系：
其中化合物D也是日常生活中常见的化合物，在一定条件下可与单质甲进一步发生如下变化：
回答下列有关问题：
①在A、B、C、D四种化合物中，所含元素相同的是（写物质名称）______、______。
②常温下，A和B是通过什么途径转化为C的？______。
③目前，化合物B在自然界中的含量呈上升趋势，对环境产生了不良的影响，发生这种变化的主要原因是______。
④化合物D另有一种同分异构体，这种异构体的结构简式是______。
解析：
该题以生物、环境知识为载体，测试学生有机化学知识、阅读能力及推理能力等。属于有机化学、环境化学、生物化学等学科的综合题。如果能认真阅读题目和所问问题，联系化学和环保、生物知识，可以找到几个突破点。
一是A、B、C是与生命运动密切相关的化合物，像水、糖类、油脂、蛋白质等。人吸进氧气，呼出二氧化碳，所以二氧化碳也是与生命运动相关的化合物；
二是“B在自然界中含量成上升趋势，对环境产生不良影响”，可联系大家熟知的二氧化碳在空气中的含量上升，会产生一种叫“温室效应”的不良影响，则可推知B可能为二氧化碳；三是“化合物D另有一种同分异构体”，同分异构体是有机物特有的现象，进而联想到D是一种有机化合物，再结合方程式：
多数有机物完全燃烧后生成水和二氧化碳，则推知单质甲为氧气，化合物A为水。根据A和B的化学计量数，可知有机物D中有2个碳原子，3×2=6个氢原子，3×1+2×2-3×2=1个氧原子，即D的分子式为C2H6O。又由于D为日常生活常见的物质，应为乙醇，它的同分异构体为甲醚。而化合物A和化合物B，即水和二氧化碳在植物光合作用下转化为葡萄糖和氧气。化合物C就是葡萄糖，葡萄糖又在酒化酶作用下转化成乙醇和二氧化碳，从而解决所有问题。
答案：
①C：葡萄糖；D：乙醇或酒精
②水和二氧化碳是通过植物进行光合作用转化为葡萄糖的。
③二氧化碳在空气中含量呈上升趋势并产生“温室效应”的主要原因是：大量燃烧含碳燃料、人口膨胀、森林大面积砍伐等。
④CH3—O—CH3
例3 据报道人从食物中摄取碘后便在甲状腺上存积下来，通过一系列的化学反应可形成甲状腺素。甲状腺素的结构如下：
（1）甲状腺素的分子式为______。
（2）在甲状腺内，甲状腺素的合成过程可能是：
试回答下列问题：
①上述两步反应分别是______反应和______反应。
②试写出上述两步反应的化学方程式______、______。
（3）人体分泌甲状腺素过少，婴儿时将患______，成人时将引起______。
解析：
这是一道渗透化学、生物学内容的综合能力测试题，主要考察学生对知识的迁移能力和运用能力，根据合成过程，两步反应均应属于取代反应。人体缺碘会影响甲状腺、脑功能，导致某些病症的出现，碘缺乏症统称IDD（英文缩写）。
答案：（1）C15H11NO4I4（2）①取代；取代。
（3）呆小症；甲状腺肿
例4 ATP（三磷酸腺甘）是体内生理活动所需能量的直接来源，故称之为“能量分子”。发现“能量分子”形成过程的科学家获得了1997年度的诺贝尔化学奖。ATP的结构如下：
（1）ATP的分子式为______。
（2）ATP分子中含有两个P～O高能磷酸键，每水解裂开一个P～O键时，反应可释放约30.5kJ/mol能量。高能磷酸键的形成与断裂的反应过程即是“能量分子”传递能量的过程，转化关系为：
其中ATP与ADP、ADP与AMP的分子量均相差80，则反应④是______。
A．释能反应 B．吸能反应 C．水解反应 D．磷酸化反应
（3）写出由AMP形成“能量分子”ATP的化学反应方程式，并标出能量的变化值：______。
（4）如图7-20所示，能正确表示动物肌细胞内ATP产生量与O2供给量之间关系的曲线是______。
A．a B．b C．c D．都不是
（5）每摩高能磷酸键水解时可释放出30514kJ的能量，而每摩低能磷酸键水解时可释放14212kJ的能量，如有50.7g的ATP完全发生水解，则能放出______kJ的能量。如将其加入到2mol/L的氢氧化钠溶液中，则需消耗______mol的NaOH。
解析：
该题以最新科技成果为载体，要求学生敏捷地接受新信息，并通过自学，结合化学、生物知识，在分析、评价的基础上应用新信息。该类题型既加快了新知识传播的速度和效果，同时也加大了对学生能力的考查力度。分析第（4）题，可以发现a表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加而增加；b表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加开始增加，随后达到稳定状态，c表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加没有发生变化。动物肌细胞活动加强，O2的供给量增多，肌细胞中有机物分解加速，释放大量的能量，合成大量的ATP；但ATP的产生量与O2的供给量、ATP、Pi和酶等有关，当ADP在细胞内达到一定量时就达到稳定状态。因此，比较曲线a，b，c，正确答案应该是B。
答案：（1）C10H16N5O13P3 （2）B、D （3）AMP+2H3PO4→ATP+2H2O-61Kj （4）B （5）7524；0.9
例5 有机合成是近代有机化学创立的标志，在有机化学发展的历史上有过几次重大的突破。
（1）1824年德国化学家维勒首次从无机物人工合成了有机物——尿素。实验过程简述如下：
（2）美国学者米勒设计的一个模拟装置。抽空后将CH4、NH3和H2从图中7-21中（a）泵入玻璃仪器内，再把B中的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，然后在A内放电7天，经（b）冷却后，产物沉积在C中，它含有包括氨基酸在内的多种氨基酸。
（3）1965年9月，我国科学家汪蝤等成功地合成了具有生理活性的结晶牛胰岛素。另外1981年11月，我国科学家又在世界上首先人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。
回答下列问题：
（1）写出反应①、②的化学方程式______、______。
（2）图中A内模拟______中发生______。B和C中的液体相当于______。
（3）维勒和米勒的实验表明______。
（4）结晶牛胰岛素合成的化学意义和生物学意义分别是什么？
解析：
本题从化学史、生物史的角度考查现代科学前沿的有关简单化学、生物知识的问题。重在测试学生分析和综合、比较和论证等能力。
答案：（1）①NH4Cl+AgCNO=AgCl↓+NH4CNO
②NH4CNO （NH2）2
（2）原始大气；闪电现象；原始海洋
（3）维勒合成尿素的意义：用非生物体内取得的物质可合成有机物，打破了只能从有机体取得有机化合物的限制，并在维勒人工合成尿素后，有机化学理论迅速建立起来。米勒实验表明在生命起源中，从无机物合成有机物的化学过程是完全可能的。
（4）化学意义：它突破了简单有机物和生物高分子的界限，开创了人工合成高分子的新时期，向人工合成生命物质又迈进了一大步。生物学意义：标志着人类在探索生命奥秘的历程中，迈进了关键的一步，对揭示生命现象的本质奠定了基础，并推动了分子生物学、分子遗传学的发展。
例6 已知化学反应aA+bB=dD+eE，反应物A与B反应生成D和E的反应速率满足公式v=k[A]x[Y]y。式中[A]和[B]分别是A和B的浓度，x，y为其相应的指数，k是速率常数，对给定的反应，在一定的温度下是个常数，它的单位与x，y的数值有关。今有HbCO中血红蛋白（Hb）与CO的结合力比HbO2血红蛋白与O2的结合力大200倍。当空气中的CO浓度大到50PPm以上，人体就感到缺氧，这时血液中羰基血红蛋白（HbCO）达到10％，通常人肺的血液中O2的溶解度达1.6×10-6mol/L，而且其中血红蛋白的浓度稳定在8×10-6mol/L。
①设速率常数k=2.1×106L/mol·s（37℃时）求血红蛋白中HbO2的生成速率。
②在CO中毒情况下，需要将HbO2的生成速率提高到1.1×104mol/L·s，试计算这时所需O2的浓度是多少？（假设血液中血红蛋白的浓度是恒定的），如果血液中的氧的浓度与进入肺的氧分压成正比，试提出一个实际可行的解决问题的方案。
解析：
此题是典型的化学、生物、日常生活相结合的题目，用生物、化学知识解决实际问题。在简单反应aA+bB=dD+eE中，D和E的反应速率v=k[A]a[B]b，题目中分别用未知值x、y代表a、b，但是告诉你k的单位与x、y数值有关。根据这个提示，又知k=2.1×10-6L/mol·s，代入公式有单位关系：mol/L·s=L/mol·s×[mol/L]a×[mol/L]b，推出a=b=1。因而推知该反应的速率方程是：V=k[Hb][O2]，这是解题的出发点。
v=2.1×106L/mol·s×1.6×106mol/L×8×10-6mol/L=2.69×10-5mol/L·s
若采用加压空气，则其压力达4×1.01×105Pa以上，对人体有害。所以比较合理的解救方法只能让病人吸入纯氧或富氧空气。
精选题
1．（1）牙齿表面被一层硬的组成为Ca5（PO4）3OH的物质保护着，它在唾液中存在下述平衡：Ca5（PO4）3OH（固） 5Ca2+
a．进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就受到腐蚀。其原因是______；
b．已知Ca5（PO4）3F（固）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是______；
c．根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法______。
2．通常洗涤剂中含有三磷酸五钠（Na5P3O10）。洗涤衣物的废水如直接排入到河湖中，会造成水质富养化，促使藻类大量繁殖，藻类死亡之后经氧化，消耗水中的氧气，造成水缺氧，致使河水变黑变臭，鱼类等生物因缺氧死亡
①经测定某藻类的组成为含C：35.80％；O：49.50％；P：0.87％；H：7.37％；N：6.31％。该藻类的最简式是（相对一个P原子______。
②藻类被完全氧化的化学方程式（生成物除氧外其他元素都为最高价）______
③现有一个1×106m2，平均水深为20m的湖泊，含氧气量为9.1g/m3。若每天排入含3％（质量分数）三磷酸五钠的废水1000kg。湖里氧气被消耗尽需要______天。
答案
1．a．生成有机酸，H+浓度增大，H+和OH-结合生成H2O，OH-浓度减小，上述平衡向右移动。
b．5Ca2++3PO43++OH-+F-=Ca5（PO4）3F+OH-
c．多吃钙含量高的食物。
2．①C106H263O110N16P
②C106H263O110N16P+138O2=106CO2+16HNO3+H3PO4+122H2O
③169
37．化学与生活、生产、社会的结合
此类问题立足于中学的基础知识和中学生的能力范围，同时给出和生活、生产、社会有关的一定量的信息。然后设置问题情景让学生回答。它要求学生在有限的时间内迅速地理解和接收新信息，并迅速地调用已有的知识，把二者结合起来从而产生解决问题的思路和方法。以提高各种自学能力作为提高能力的必要前提。
化工生产把化学学科的研究成果转化为社会需求，不但涉及反应原理，方法和原料、设备、转化率等诸多因素，还要考虑规模化、经济效益、环境保护等问题；生活情景问题创设了各种生活上的问题，解决这些问题具有实际意义。这些内容充分体现了理论联系实际，同时也拓宽了学生的知识面。
例1 维生素C是一种水溶性维生素（其水溶液呈酸性），它的分子式是C6H8O6。人体缺乏这种维生素C易得坏血症，所以维生素C又称抗坏血酸。维生素C易被空气中的氧气氧化。在新鲜的水果、蔬菜、乳制品中都含维生素C，如新鲜的橙汁中维生素C的含量在500mg/L左右。
校课外活动小组测定了某品牌的软包装橙汁中维生素C的含量。下面是测定实验分析报告。（请填写有关空白）
（1）测定目的：测定××牌软包装橙汁维生素C的含量。
（2）测定原理：C6H8O6+I2 C6H6O6+2H++2I-。
（3）实验用品及试剂：
①仪器和用品：（自选，略）
②试剂：指示剂______（填名称）、浓度为7.50×10-3mol/L标准碘溶液、蒸馏水等。
（4）实验过程：
①洗涤仪器，检查滴定管是否漏水，润洗后装好标准碘溶液待用。
②打开橙汁包装，目测：颜色——橙黄色，澄清度——好。用______（填仪器名称）向锥形瓶中移入20.00mL待测橙汁，滴入2滴指示剂。
③用左手控制滴定管的______（填部位），右手振动锥形瓶，眼睛注视______，直到滴定终点。滴定至终点的现象是______。
（5）数据记录与处理：
（请在下面空白处设计数据记录和数据处理的表格，不必填数据）
若经数据处理，滴定中消耗标准碘溶液的体积是15.00 mL，则此橙汁中维生素C的含量是______mg/L。
（6）问题讨论：
①滴定时能否剧烈振动锥形瓶？为什么？
②从分析数据看，此软包装橙汁是否属纯天然的橙汁？______（填序号）。
A．是 B．可能是 C．不是
制造商可能采取的做法是______。
A．加水稀释天然橙汁B．橙汁已被浓缩C．将维生素C作添加剂
你是否同意这种做法？
A．同意 B．不同意 C．调查再作结论
解析：
本题把信息知识，中和滴定操作、化学计算、社会经济等问题有机的结合在一起，是一道综合性强、思维能力要求高的试题。重点考查学生的观察、实验、思维能力。
由测定原理可知指示剂必为淀粉溶液。选用什么仪器向锥形瓶注入橙汁呢？有部分同学填入了量筒，忽视了量筒是一种粗略的量器，精确度到不了百分位；也有部分同学填入了滴定管，若为碱式滴定管，因维生素C溶液呈酸性，会腐蚀碱式滴定管的橡胶部位，故应填酸式滴定管或移液管。解答实验过程（3）时，关键是第3空，必须搞清原理，是哪种溶液向哪种溶液中滴入，否则可能答反。正确的是：溶液蓝色不褪色，而不是蓝色褪去。
（5）是非常新颖的题型，它突出考查了学生实验后对数据利用的能力，测试时得分率极低，本题其实是书上实验数据处理的迁移，应取两次数据的平均值计算待测溶液的浓度，表格如
然后列式计算可知含量为 900 mg/L。
（6）中问题讨论陷阱就更多了。①的答案几乎所有同学都这样答：防止溶液溅出，使测量有误差。但这是一个思维定势，因为溶液在锥形瓶中是不易溅出的。正确答案应根据“维生素C易被空气中的氧气氧化”，故答案为：不能，因为增大了与空气的接触面积，使之氧化。
②中显然不是天然橙汁，那么制造商可能采取什么措施？很多人选B。这是缺乏社会常识的选择，因为制造商毕竟要赚钱，选B必然亏本。这时再读题干，“在新鲜水果、蔬菜中都含有”说明维生素C价格低廉，所以选C。那么我们是否同意选C？因为制造商可能加入某种不是维生素C的还原剂，故应调查后再作结论。
例2 ①为防治酸雨。降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用，请写出燃烧时，有关“固硫”（不使含硫的化合物进入大气）反应的化学方程式为______、______、______。
②近年来，某些自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨，其反应的化学方程式为：NH3+HClO H2O+NH2Cl（一氯胺），NH2Cl较HClO稳定，试分析加液氨能延长液氯杀菌时间的原因：______。
解析：
此题所涉及的内容和工业生产、日常生活密切相关，有些内容可能学生不知道。解答本类题目关键是对所给的信息进行充分的加工，利用所学的基础知识、基本原理、已有的经验解答题目。①题关键知道酸雨的形成是由于燃煤产生大量的SO2溶于水，即有反应S+O2=SO2。加入生石灰后必发生反应SO2+CaO=CaSO3，将SO2转化为CaSO3而不排放到大气中，同时知道CaSO3不稳定将和空气中的O2发生反应，即：2CaSO3+O2=2CaSO4。②题关键点得分析出液氯进行杀菌的有效成分实质是Cl2和水反应生成的HClO，HClO不稳定，加入液氨后将其转化为稳定的NH2Cl，将HClO储存起来，当反应时消耗HClO，此反应NH3+HClO H2O+NH2Cl向左移动，将HClO又释放出来。
例3 某地有甲、乙两工厂排放污水，污水中各含有下列8种离子中的4种（两厂不含相同离子）：Ag+、Ba2+、Fe3+、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、OH-。两厂单独排放都会造成严重的水污染，如将两厂的污水按一定的比例混合，沉淀后污水便变成无色澄清的只含硝酸钠而排放，污染程度会大大降低。关于污染源的分析，你认为正确的是 [ ]
A．SO42-和NO3-可能来自同一工厂
B．Cl-和NO3-一定在不同的工厂
C．Ag+和Na+可能在同一工厂
D．Na+和NO3-来自同一工厂
解析：
本题是和工业生产相连系的，本质考查的是离子共存，根据题目中所给信息分析出，Ag+、Cl-；Ba2+、SO42-；Fe3+、OH-三组离子是不共存的，同时Ag+和SO42-、OH-也不共存，因此Ag+只能和阴离子NO3-处于同一溶液，SO42-、Cl-、OH-只能处于同一溶液中。甲、乙两厂污水，各含4种且不相同离子，则Ba2+、Fe3+必须和Ag+、NO3-在一组，而SO42-、Cl-、OH-、Na+在另一组。根据判断可知只有B选项符合题意。
例4 银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成Ag2S，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中与容器接触，放置一段时间，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为______，正极反应为______。反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为______。
解析：
此题是利用化学知识解决日常生活遇到的问题，是根据组成原电池的条件设计实验解决此问题，同时涉及到双水解。经过对题目的信息分析，可知负极为铝、正极为Ag2S、电解质为氯化钠溶液，负极反应为Al-3e=Al3+，正极反应由信息黑色会褪去而银不会损失可知，Ag2S得电子变成Ag，所以正极反应为：Ag2S+2e=2Ag+S2-。反应过程中有臭鸡蛋气味的气体产生即有H2S生成，因为原电池反应发生过程中产生Al3+、S2-，二者必定发生双水解反应：
2Al3++3S2-+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2S↑
答案：Al-3e=Al3+；Ag2S+2e=2Ag+S2-；2Al3++3S2-+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2S↑。
精选题
1．为了防治水的污染，环境监测站需要经常测定水中的溶氧情况。主要方法是；量取amL水样，迅速加入固定剂MnSO4和碱性KI（含KOH），完全反应后加入硫酸使之生成I2，再用bmol·L-1Na2S2O3溶液滴定，消耗VmL（以淀粉为指示剂）。
有关的离子方程式为：2Mn2++O2+4OH-=2MnO（OH）2；MnO（OH）2+2I-+4H+=Mn2++I2+3H2O；I2+2S2O32-=2I-+S4O62-。
①上述反应的氧化剂分别是______。
②水中溶氧的计算式表示为______。
③如果取50mL水样进行测定，消耗了0.004 mol/L的Na2S2O3溶液10mL。求出每升水中溶解氧的质量是多少克？______。
2．铬是人体必须的微量元素之一，Cr3+能参加正常的糖代谢过程，但Cr6+对人体却十分有害，是致癌物质，工业上为了除去含Cr2O72-离子的酸性废水，采用以下处理方法：①往工业废水中，加入适量的食盐（1～2g/L）。②以铁作为电极进行电解。③鼓入空气，经过一段时间后，使废水中含铬（有毒）量降到可排放的标准，其原理是：（1）将Cr2O72-离子还原为可溶性三价铬离子；（2）要在电解除铬过程中，使溶液的pH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性的氢氧化物除去。
试回答：
（1）写出电解时的电极反应，阳极：______，阴极：______。
（2）Cr2O72-转变为Cr3+的离子反应方程式为______。
（3）能否将Fe电极改变为石墨电极？为什么？
3．工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要的来源（洗涤剂中含有磷酸钠，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法正确的是 [ ]
A．磷是生物的营养元素，不必除去
B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去
C．含磷污水排到自然水中，引起藻类增殖，使水变质，必须除去
D．磷对人无毒，除去与否无关紧要
4．为了度量水中有机物等还原性污染物的含量，通常把1L水样与强氧化剂完全作用时消耗氧化剂的量，折算成以氧气为氧化剂时的质量（O2mg·L-1）来表示，成为该水样的化学耗氧量（COD）。我国明文规定：COD＞500mg·L-1的污水不得直接排放。
为测定某工业废水的COD，实验如下：量取废水样品20.00mL，加入0.100 mol·L-1KMnO4溶液10.00mL和少量稀H2SO4，在一定的条件下充分反应后，再用0.200mol·L-1的草酸钠（Na2C2O4）溶液滴定过量的KMnO4，达到终点时消耗Na2C2O4溶液11.00mL。
①写出在酸性介质中KMnO4（被还原为Mn2+）与Na2C2O4（被氧化为CO2）反应的离子方程式______。
②计算该水样的COD，写出计算过程。
③如果每次取水样20.00mL，加入等体积的0.100 mol·L-1酸性KMnO4溶液，为简化计算，令滴定过量KMnO4时，每消耗1.00mL Na2C2O4溶液，就相当于水样的COD为10.0mg·L-1，该Na2C2O4溶液的物质的量浓度配制为______。
④若无需其他计算，只需通过实验测定下列两组方案中的a和b的值，并直接根据a与b的比值来确定该工业废水可否直接排放。你认为
（填写取值范围）______时，该工业废水不能直接排放。
5．NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来，发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆功能，而成为当前生命科学的研究热点，NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题。
①NO对环境的危害在于______（填以下项目的编号）。
A．破坏臭氧层 B．高温下能使一些金属钝化
C．造成酸雨 D．与人体的血红蛋白结合
②在含Cu+离子的酶的活化中心中，亚硝酸根离子（NO2-）可转化为NO，写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性环境水溶液中反应的离子方程式：______。
③在常温下，把NO气体压缩到100个大气压，在一个固定的容器里加热到50℃，发现气体的压力迅速下降，压力降至略小于原压力2/3就不再改变，已知其中一种产物为N2O，写出上述变化的化学方程式______。
④解释变化③中为什么最后的气体总压力小于原压力的2/3______。
答 案
2．（1）Fe-2e=Fe2+；2H++2e=H2
（2）Cr2O7+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
（3）不能，因为用石墨电极，阳极Cl-放电，不能产生还原剂Fe2+
3．C
4．①2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O
5．①A、C、D ②Cu++NO2-+2H+=Cu2++NO↑+H2O
④存在化学平衡2NO2 N2O4
学科之间可以相互迁移的实例很多，解决这些问题的方法也很多，关键是学习者自己做这方面的有心人，学习者在学习中要注意各学科知识之间的相互渗透、相互利用，要有“大学科”的观念，打破各学科界限，学好各学科基础知识，提高解决问题的综合能力。
34．化学与数学的结合
化学计算解题过程，主要是化学知识的运用过程即结合题目条件利用物质的组成、结构、性质和变化规律建立联系，在解题过程中合理使用数学工具可以取得良好效果。
1．利用二元一次方程组解题
有关混合物计算是高中化学中常见的类型，其解题过程大体可分为两个阶段，第一阶段利用化学知识找出题目中各物质或量的关系，第二阶段利用关系列出方程计算得出结果。值得指出的是化学计算中十字交叉法、差量法均是二元一次方程组独特的运算方法。
例1 元素X和Y在周期表中位于相邻的两个周期，X和Y两原子的核外电子数之和为19，Y原子的原子核内质子数比X多3个，则下列叙述不正确的是 [ ]
A．X和Y都是化学性质很活泼的元素，它们在自然界中只能以化合态存在
B．X和Y形成的化合物的化学式可以是Y2X2
C．元素X形成的化合物种类比元素Y形成的化合物种类多
D．Y的单质能置换出盐酸中的氢，不能置换出稀CuSO4溶液里的Cu2+
解析：设元素X和Y核外电子数分别为x和y，根据题目条件，列二元一次方程组
这是将化学关系抽象成数学模型、利用数学工具解决化学问题的解题过程。
答案：A
例2 取一根镁条置于坩埚内点燃，得到氧化镁和氮化镁混合物的总质量为0.470g。冷却后加入足量的水，将反应产物加热蒸干并灼烧，得到的氧化镁质量为0.486g。
（1）写出氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨的化学反应方程式。
（2）计算燃烧所得混合物中氮化镁的质量分数。
Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2↓+2NH3↑
设：燃烧后生成氮化镁xmol。氧化镁ymol。
根据镁原子守恒Mg3N2～3Mg
解得x=0.0008，氮化镁的质量分数为：17.0％。
例3 1993年报道的合成烃中，有一种烃A为C1134H1146，其分子中只含有三种结构单元（Ⅰ—Ⅱ）：
化学式为CnHm的烃，若m＜2n+2，则该烃及该烃的烃基就具有一定的不饱和度（也叫缺氢指数），化学式为CnHm的烃的不饱和度计算式为（2n+2-m）/2；如A的三种结构单元中（Ⅰ）的不饱和度为4，（Ⅱ）的不饱和度为2；（Ⅲ）的不饱和度为0。试求：
①A分子中有上述结构单元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各多少个？
②若另一种烃B的化学式为C1398H1278，则其不饱和度为多少？
分析：本题可用列三元一次方程组的方法解题
①设：（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）单元各为x个、y个、z个
2．利用排列组合解决化学问题
在分析化学组成、结构单元等问题时可以利用排列组合的知识将具体问题抽象化，可以简化解题过程。
A．1 B．3 C．5 D．6
答案：D、C
例5 现有10种α-氨基酸，①能构成多少有三个不同氨基酸单元的三肽？②能构成多少种只有两种不同氨基酸单元的三肽？
解析：根据数学中的排列组合知识，确定此题属于有序性排列。
3．利用等差数列、极值解决化学问题
例6 在沥青中含有稠环的芳烃，其中偶数个苯的可视为同系物，如：
①求第25个分子的分子式；
②求含碳量的极限。
解析方法1：①经观察分析 A、B、C分子式分别为C10H8、C16H10、H22H12碳原子数和氢原子数递增呈等差数列，由通项公式an=a1+（n-1）d，求出该一系列有机物的通式；C原子数：公差为6，首项是10，an=a1+（n-1）d=10+（n-1）×6=6n+4。
H原子数：公差是2，首项是8an=a1+（n-1）d=8+（n-1）×2=2n+6。
所以通式为C6n+4H2n+6，第25个分子的分子式为C154H56。
②求含C量的极限
方法2：求含C量的极限
因为n趋于无穷大
例7 有一系列α-氨基酸按如下特点排列：
该系列化合物中碳元素的质量分数的最大值为 [ ]
A．32％ B．46.6％
C．85.7％ D．无法确定
4．利用等比数列解决化学问题
例8 一定的条件下，将等体积NO和O2的混合气体置于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后剩余气体的体积为原总体积的 [ ]
A．1/4 B．3/4
C．1/8 D．3/8
解析：设 NO和O2的物质的量均为n。则反应2NO+O2=2NO2和3NO2+H2O=2HNO3+NO可知，nmolNO与n/2molO2反应生成n molNO2，溶于水后得n/3molNO；n/3molNO与n/6molO2反应生成n/3 molNO2，溶于水后得n/9molNO；……继续反应下去，总耗O2量为下列等比数列各项之和：n/2，n/6，n/18…n/（2×3k-1），依等比数列的求和公式，得总耗氧量S=（n/2）/（1-1/3）=3n/4，剩余O2为n-3n/4=n/4mol，则剩余O2的体积为原总体积的1/8。故正确答案为C。
说明：此题也可以用其他的方法来求解。
5．利用不等式解题
根据题设条件求最大值或最小值，从而确定取值范围来解决问题，解题过程中往往可根据某种物质组成的有或无来确定最大值或最小值，有时也可以依据方程式来确定。
例9 今有10.8g碱金属M及其氧化物M2O的混合物与水反应，生成碱16g，则M为
A．Li B．Na
C．K D．Rb
解析：假设10.8g全部是碱金属M，根据2M+ 2H2O=2MOH+H2解得M的相对原子质量小于35。
假设10.8g全部是碱金属氧化物M2O。
根据M2O+H2O=2MOH解得M的相对原子质量大于11，所以碱金属相对原子质量在11～35之间。
答案：B
例10 A、B两种化合物的溶解度曲线如图7-1。现要用结晶法从A、B的混合物中提取A。（不考虑A、B共存时，对各自溶解度的影响）
（1）取50g混合物，溶于100g热水中，然后冷却到 20℃，若要使A析出而B不析出，则要求混合物中B的质量最高不超过多少？
（2）取Wg混合物，溶于100g热水，再冷却至10℃。若仍要A析出而B不析出，请写出在以下两种情况下，混合物中A的质量分数（A％）应满足的条件？（以W、a、b表示）
当w＜a+b时，A％______；
当W＞a+b时，A％______。
分析：当W＞a+b时，只有WB≤b，B才不至于析出，-WB≥-b，两边均加W导出W-WB≥W-b，因为W-WB=WA，
所以WA≥W-b，两边同除以W得出答案。
答案：（1）WB≤20g（2）A％＞a/W A％≥（W-b）/W
例11 在一个容积固定的反应容器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如下图所示的可逆反应，各物质的起始加入量如下：A、B C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol。设E为xmol， 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间位置。填写下列空白：
（1）若x=4.5，则右侧反应在起始时向______方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则x的取值范围为______。
（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？______，其理由是______。
分析：根据题意列出6.5-a+x-2a+2+2a=12
x-2a＞a且a＞0
x=3.5+a
保持平衡向正向移动的前提下解得x＞3.5。
答案：（1）正；3.5～7.0（2）不等；温度不同，平衡状态不同。
例12 若A是相对分子质量为128的烃，则其分子式只可能是______。若A是易升华的片状晶体，则其结构简式为：______。
解析：设烃的分子式为CxHy，相对分子质量为M，则M=12x+y；y=M-12x。因为y/2（任何烃分子中的氢原子数大于2，只有乙炔分子中氢原子数等于2），因为y≤2x+2（任何烃分子中的氢原子均不能大于其碳原子数的两倍加2），得不等式2≤M-12x≤2x+2。
即A的分子式为C9H2O或C10H8。
由题中所给的已知条件看，解题所得的两种物质，能升华的片状晶体只能是萘，则其分子式只能是C10H8，其结构简式为 。
例13 已知氟化氢气体中存在着下列平衡2（HF）3 3（HF）2，（HF）2 2HF。
若平衡时气体的平均摩尔质量是42g/mol，试通过论证（HF）3的体积分数必大于10％。
解析：解题的前提是相同的条件下，混合气体中各组分的体积分数等于其物质的量分数。
解法1：设（HF）3占体积分数为x，（HF）2占的体积分数为y，HF占1-x-y。
60x+40y+20（1-x-y）=42
2x+y=1.1，因为1-x-y＞0，x+y＜1。故x=1.1-（x-y）＞0.1，即（HF）3的体积分数必大于10％。
解法2：设（HF）3占x，（HF）占y，（HF）2占1-x-y。
60x+40y+40（1-x-y）=42，x-y-0.1，因为y＞0，所以x＞0.1，即（HF）3的体积分数必大于10％。
解法3：用反证法：①设（HF）3的体积分数等于10％，HF的体积分数为x，（HF）2的体积分数为0.9-x，则：60×10％+40（0.9-x）+20x=42，x=0，而x不可能为零，故（HF）3的体积分数不等于10％。
②设（HF）3的体积分数小于10％。
则有40（0.9-x）+20x＞36，x＜0不合理，故（HF）3的体积分数不可能小于10％，综合①、②结论，（HF）3的体积分数必大于10％。
6．利用函数图象法解决化学问题
解决某些化学问题时，通过建立数学函数，通过研究数学函数或函数所对应的图象使所要研究的问题直观化、形象化，并使复杂问题抽象成简单关系进行研究。
例14 在一支10mL的试管中充满NO2和O2，将其倒立在水槽中，被水充分吸收，若以y/mL表示完全反应后试管内剩余气体的体积，以x/mL表示原混合气体中NO的体积。
（1）试建立y=f（x）的关系式（讨论x为不同值时，反应后的体积为y）。
（2）在坐标图中作出y=f（x）的曲线。
解析：当NO2和O2的混合气体被水全部吸收时，它们的化学反应式为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，由反应可知：当n（NO2）∶n（O2）=4∶1时，恰好完全反应，无剩余气体；当n（NO2）∶n（O2）＜4∶1时，O2过量，反应后剩余气体是O2；当n（NO2）∶n（O2）＞4∶1时，NO2过量，过量的NO2又跟水反应；3NO2+H2O=2HNO3+NO，反应后剩余气体是NO。
显然，就本题来说，NO2气体的体积有两种可能情况：即NO2体积大于8和小于8。
设NO2的体积为xmL，则O2的体积为（10-x）mL。
（1）①若O2过量，则0≤x＜8，
4NO2+O2+2H2O=4HNO3体积减少
4 1 5
x x/4 5x/4
②若NO2过量，则8＜x≤10
a．4NO2+O2+2H2O=4HNO3体积减少
4 1 5
4（10-x）（10-x） 4（10-x）
b．3NO2+H2O=2HNO3+NO体积减小
x-4（10-x）2 （5x-40）/3
y=10-[5（10-x）+2（5x-40）/3]=5x/3-40/3
（2）y与x的关系如图7-2所示。
例15 在标准状况下，将100mLH2S和O2的混合气体点燃，反应后恢复到原状况，发现反应所得气体的体积V（总）随混合气体中O2所占的体积V（O2）的变化而不同，其关系如图7-3（气体的体积均在同温、同压下测定）。
用含V（总）和V（O2）的函数式表示V（总）和V（O2）的关系。
解析：此题一看就很容易联想到H2S与O2的反应，然后根据H2S或O2过量的不同情况来列关系式。但如果从数学的角度来解此题会更简便。由化学方程式可知AB，BC段符合线性关系，所以可以利用数学上求分段函数的知识得出AB，BC两段的方程。
AB段的斜率为-3，BC段的斜率为3/2，由截距式和两点式可得AB，BC段的方程：
AB段
V（总）=100-3V（O2），0＜V（O2）≤33.3。
BC段
V（总）=3V（O2）/2-50，33.3＜V（O2）≤100；即为V（总）和 V（O2）的关系。
7．利用立体几何解决化学问题
将化学问题中复杂抽象的数量关系转化为简明的几何图形，将几何图形中包含的有关化学问题的数量关系抽象出来再加以解决。
例16 已知某碳氢化合物A的分子中：
①有6个碳原子；②每个碳原子都以3个键长相等的单键分别跟其他3个碳原子相连，形成2个90度的碳—碳—碳键角和1个60度的碳—碳—碳键角，根据以上事实判断，A的分子式是______，分子中（填“有”或“没有”）______碳碳双键，A的结构可以表示为（只要求写出碳架，不需要写出C、H的符号）______。
分析：（1）已知一个C原子与三个C原子相连，所以一个C原子结合一个H原子，所以A的分子式为C6H6。
（2）设a与b、c、d三个C原子相连∠ba656c=60度，若∠bad=∠dac=90度，则ad垂直于bac所在平面，所以A的结构只能为图所示。
答案：分子式为C6H6，无，示意如图7-4。
例17 已知LiI晶体结构为NaCl型，实验测得Li+和I-最临近的距离为3.02×10-10m，假定Li+和I-都是刚性球。试回答下列各问：
（1）欲计算Li+和I-近似半径，你还须做何种假设？
（2）计算Li+和I-的近似半径。
（3）若用另一方法测得Li+的半径为6.0×10-11m～6.8×10-11m，试验证你的假设是否正确。
解析：（1）由于阴阳离子已经假定都是刚性球，想求半径还得假设离子间相互接触。
r-=2.14×10-10m，故r+=8.80×10-11m。
（3）由于离子间有间隙（离子不能直接接触），即r-+r+＜3.02×10-10m。
r+＜8.80×10-11m，所以假设成立。
8．利用特殊值
利用特殊值是指在化学计算中利用化合价或角标数字只能取自然数的特点，讨论解不定方程的方法。
例18 某含氧酸的化学式为HnXO2n-1，该含氧酸受热分解生成氧化物的化学式可能是 [ ]
A．XO B．XO2
C．X2O3 D．XO3
分析：利用化合价代数和为零，计算出X的化合价为3n-2，运用n只能取自然数即n= 1、2、3、…，分别代入上述计算式得出结论。
答案：B
9．利用奇偶数性质
运用数学运算法则中奇数加偶数得奇数，偶数加偶数或奇数加奇数得偶数的特点解决化学实际问题。
例19 X、Y、Z均为短周期元素，X元素的最外层只有一个电子，Y元素的原子M层上电子数是K层、L层电子数总和的一半，Z元素的原子L层电子数比Y原子L层电子数少2个，则由这三种元素组成的化合物的化学式不可能的是 [ ]
A．X3YZ4 B．XYZ3
C．XYZ2 D．X2YZ4
分析：此题若在单选题中，根据题意可知X、Y、Z均为短周期元素，且Z元素原子的最外层有6个电子、Y元素的原子最外层有5个电子，导出在化合物中Y与Z化合价代数和必为奇数，X最外层只有一个电子，所以化学式中X的角标必为奇数。
答案：D
例20 X、Y是短周期元素，二者能组成化合物X2Y3，已知X的原子序数为n，则Y的原子序数不可能的是
A．n+11 B．n-6
C．n+3 D．n+4
分析：根据化学式X2Y3可知X价态为+3或+6、Y价态为-2或-4，但若X为+6、Y为-4不能成立，所以根据X、Y是短周期元素可以判断出X为奇数族数的元素，Y为偶数族数的元素，族数差必为奇数。
答案：B、D
10．辅助状态
辅助状态是指按照常规方法很难得出结论。若采取某种中间状态做参照物进行比较，从而迅速获得答案的方法，这一思想与数学解题过程中加辅助线的方法同出一辙。
例21 质量分数分别为70％与10％的两种硫酸等体积混合后，所得硫酸溶液的质量分数为 [ ]
A．40％ B．大于40％
C．小于40％ D．无法确定
分析：根据题意要计算溶质质量分数分别为70％与10％的两种硫酸等体积混合后，所得硫酸溶液溶质质量分数，应知道所得溶液中溶质和溶液的质量，很显然题目条件不足。直接计算行不通，能否采取间接方法？通过题于条件及选项可知，40％是将70％与10％的两种硫酸等质量混合后所得硫酸溶液的质量分数，将等体积混合和等质量混合两种状况进行比较后不难发现它们的差异是等体积时硫酸的用量大于等质量时硫酸的用量，进而得出结论。
答案：B
例22 在一真空恒容容器中盛有1molPCl5，加热到200℃时发生如下反应，PCl5（气） PCl3（气）+Cl2（气），反应达到平衡PCl5所占体积分数为m％，若在同一容器同一温度下，最初投入的是2molPCl5，反应达平衡后PCl5所占体积分数为n％，则m与n的关系正确的是 [ ]
A．m＞n B．m＜n
C．m=n D．无法比较
分析：将容器改为恒压容器，则反应达平衡后温度、压强相同PCl5分解率相同，但平衡2体积是平衡1的两倍，将平衡2容器压缩至原来体积的一半，分析平衡移动的方向，得出结论。投料不变容器改成恒压容器，恒压容器就是引入的中间状态。在化学平衡移动有关判断中，变化因素较多，各因素间又相互制约，在多因素变化的两个状态间恰当引入中间状态，可以避繁就简的解决问题。
答案：B
例23 在一个活塞式的反应容器中，通入2molSO2和1molO2，于500℃下发生化合反应并达到平衡，在保持恒温、恒压的条件下，再通入2molSO2和1molO2，下列叙述的内容完全正确的是 [ ]
A．v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
B．v正增大，v逆不变，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
C．v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，SO3的质量分数增加
D．开始时v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动；随后又逐渐恢复到原反应速率和原平衡状态，SO3的质量分数保持不变
分析：引入一个体积是原容器体积两倍的容器其它条件不变，进行两个容器比较。
答案：D
精选题
1．标准状况下10mLNO与NO2混合气体的相对分子质量为39.6，通入适量的O2后，气体体积仍为10 mL，但相对分子质量变为42.8，则通入的O2体积为______。
2．工业废气中氮的氧化物是重要的污染源，有一种治理污染的方法是通入适量的NH3将其还原为无毒的N2和H2O，现有含氮的氧化物NO和NO2的混合气体3L，用相同条件下的NH33.5L恰好完全反应，则混合气体中NO和NO2的体积比是 [ ]
A．1∶4 B．1∶3
C．1∶2 D．1∶1
3．在容积相同的两个密闭容器中A和B保持温度为423K，若同时向AB中加入amol及bmol的HI气体，且a＞b，待反应：2HI（气） H2（气）+I2（气）达到平衡时，下列说法正确的是 [ ]
A．从反应开始到达到平衡，所需时间tA＞tB
B．平衡时I2的浓度[I2]A=[I2]B
C．平衡时I2蒸气在混合气体中的体积分数A容器中的大于B容器
D．HI的分解率aA=aB
4．晶体具有规则的几何构型，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl晶体结构如图7-6所示
已知FexO晶体结构为NaCl型，x值应为1，但由于晶体缺陷，x值小于1。测得FexO晶体密度为5.71g/cm3，晶体边长为4.28×10-10m。试求：（此题铁原子相对原子质量为55.9，氧原子相对原子质量为16）
（1）FexO中x值（精确至0.01）为______。
（2）晶体中铁元素以Fe2+和Fe3+形式存在，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数（用小数表示，精确至0.01）为______。
（3）此晶体的化学式（用FemFenO形式书写，m和n用小数，并注明Fe的化合价）为______。
（4）与某个Fe2+（或Fe3+）距离最近且相等的O2-离子所围成的空间几何形状为______。
（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为______。
5．石油分馏物中含有一种烷烃（A），图7-7为3种已经合成的由2个、3个、4个A为基本结构单元“模块”像搭积木一样“搭”成的较复杂笼状烷B、C、D。根据上述条件推断并填空：
（1）A的分子式为______，它是由______个六元环构成的立体笼状结构，其中有______个碳原子为3个环共用。
（2）A的一溴取代物有______种同分异构体。
（3）药品“乌洛托品”（六甲基四胺）是生物碱，为共价化合物，化学式为C6H12N4，其分子空间结构与A相同，则其分子中每个氮原子与______个碳原子结合，这些氮原子间排列的空间构型与无机物中______（填化学式）分子空间结构相同。
（4）链状烷烃同系物的分子通式为CnH2n+2（n=1、2、3、…）。若A、B、C、D…也是同系物关系，请写出这一系列的分子通式______。
（5）若在D上再加上一个A“模块”得到E，E的分子式为______，A“模块”的堆积方式是否会造成E有同分异构体（填有或无）______。
6．某有机物，CxHmOn完全燃烧时，需要氧气的物质的量是该有机物的x倍，则该有机物的化学式中x、m、n的关系可能的是 [ ]
A．x∶m∶n=1∶2∶1
B．m∶n=2∶1
C．m≤2x+2
D．m≥2x+2
7．在标准状况下，H2和Cl2的混合气体m mL在一定条件下使之反应，所得气体恰好使n mol NaOH完全转化为盐，则m和n的关系不可能的是 [ ]
A．m/22.4=n
B．m/22.4＞n
C．m/22.4＜n
D．m/11.2≤n
8．在密闭容器中充入CO2和CO混合气体，其密度是相同的条件下氦气密度的8倍，这时测得容器内的压强为p1。若控制容器的体积不变时，加入足量的Na2O2，充分振荡并不断用电火花点燃至反应完全，恢复到开始的温度，再次测得容器内的压强为p2，则p1和p2之间的关系是 [ ]
A．p1=8p2 B．p1=4p2
C．p1=2p2 D．p1=p2
9．氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应：
的物质的量浓度的变化来表示该反应速率的速率-时间图象，下列说法不正确的是 [ ]
A．反应开始速率增大可能是[H+]增大引起的
B．纵坐标为V（Cl-）的速率-时间曲线与右图曲线能完全重合
C．后期反应速率下降的原因是反应物浓度减小
10．乙烯、乙醇等分别燃烧时，消耗O2和生成CO2的物质的量比都是3∶2。若把它们分别看成（CH2）m（CO2）n（H2O）p的形式，当m、n、p符合一定的关系时成立，可推导其他化合物。现有甲酸、乙醛酸（OHC—COOH）等有机物，若使它们分别燃烧。其消耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2。
（1）若用上述氧化物形式表示时，只要分子式符合______形式，分别完全燃烧所耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2。
（2）符合上述消耗O2和生成CO2的物质的量比为1∶2的无机物分子式是_____。
（3）题设（CH2）m（CO2）n（H2O）p形式的有机物，燃烧生成CO2和消耗O2的体积比为4∶3时，m、n、p必须满足的条件是______。
答 案
1．1mL 2．B
3．容积相同的两个密闭容器，说明A、B两个容器是恒容容器，状态A与状态B之间投入HI气体的物质的量不相同、压强也不相同，引入辅助状态C，让C与A之间压强相同而投入量不同，由于浓度、温度相等所以反应速率相同，达到平衡状态所需时间相同，平衡时I2的浓度[I2]A=[I2]C，HI的分解率aA=aC。将C与B比较，浓度不同而投入量相同，由于2HI（气） H2（气）+I2（气）反应方程式前后系数相等，压强变化对化学平衡状态无影响，但浓度大反应速率大，从反应开始到达到平衡，所需时间tC＞tB。
4．（1）0.92（2）0.826（3）Fe0.76Fe0.16O（4）正八面体（5）3.03×10-10
5．（1）C10H16 4，4（2）2（3）3，P4（4）C4n+6H4n+12（n=1，2，3…）（5）C26H32，有
6．B7．D8．A9．A
10．（1）（CO）m（H2O）n和（CH2）m（CO2）2m（H2O）p（2）CO（3m∶n=1∶1，p为任意值
35．化学与物理的结合
物理和化学综合能力测试内容要求：（1）通过试验观察自然现象，根据图表、图形、数据解释说明有关概念或图示的相关概念。（2）应用所学的知识对自然现象进行系统的分析和多角度、多层次的描述。（3）正确评价人与自然的关系。（4）体现生态安全的可持续发展的价值取向。
综合上述测试内容要求，物理和化学综合能力测试将主要在自然现象、原子核及原子结构、气态物质的物理及化学变化、环境保护和人类生存条件、工农业生产和生活实际、新能源、新材料、现代科技及现代生活等交叉和渗透及综合知识（课题），凡是与这一课题相关的知识都会成为理化综合测试题命题的热点。
1．电学
氧化还原反应是中学化学内容重要组成部分，氧化还原过程中伴有电子转移发生，电子转移或移动恰好是物理学中的电学中的内容，通过电子转移将二者联系起来。原电池（或电解池）为氧化还原反应的重要的应用，形成原电池（或电解池）时负极（或阳极）失电子总数和正极（或阴极）得电子总数相等，电子转移成为它们的桥梁，可以通过此桥梁求解相关的量；在有电场存在下正负电荷分别向高电势和低电势方向移动成为物理学与化学的又一结合点。
例1 两根镍棒分别与电源正、负极相连，并都插入NiSO4溶液中，若电流强度为I，通电时间为ts，结果阳极质量减少mg。已知每个电子的电量为1.6×10-19C，则可推知阿伏加德罗常数为______。
解析：本题金属作为阳极，由单质变成Ni2+失电子总数和导线中电子流动总数相等形成解题的桥梁。
求得：NA=（58.69×I×t）/（1.6×10-19×2m）
例2 100.0g无水氢氧化钾溶于100.0g水。在T温度下电解该溶液，电流强度I=6.00A，电解时间10.00h。电解结束温度重新调至T，分离析出的KOH·2H2O固体后，测得剩余溶液的总质量为164.8g。已知不同的温度下每100g溶液中无水氢氧化钾的质量为：
求温度T，给出计算过程，最后计算结果只要求两位有效数字。
注：法拉第常数F=9.65×104C/mol，相对原子质量：K39.1 O16.0 H1.01
解析：此题为物理学和化学相结合，根据电解规律可知，电解KOH相当于电解水，阴阳两极得失电子总数和电路中转移电子数相等，此为解题的关键。电解反应是水分解为氢和氧。时间10.00h，电流强度6.00A，总共提供电量Q=It=216×103C，相当于2.24mol电子，每电解1mol水需电子2mol，故有1.12mol水，即20.1g水被电解。从剩余溶液的总质量可知有35.2g物质离开溶液，其中有20.1g水被电解，故结晶的KOH·2H2O的质量为15.1g。故：
根据溶解度数据，T应在20～30℃之间，故溶解度与温度的线性关系方程式为：
T=20℃+（55.1-52.8）/（65.8-52.8）×10℃=28℃
例3 某学生试图用电解法根据电极上析出物质的量来验证阿伏加德罗常数，其实验方案的要点为：
1．用直流电电解氯化铜溶液，所用的仪器如图7-9。
2．在电流强度为IA，通电时间为ts后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。
试回答：
（1）连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注的仪器接线柱的英文字母表示。下同）：
E接______，C接______，______接F。
实验装置线路中的电流方向为______→______→______→______→______→______。
（2）写出 B极发生反应的离子方程式______，G试管中淀粉KI溶液变化的现象为______，反应的离子方程式为______。
（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必须的实验步骤的先后顺序应是______（选填下列操作步骤的编号）。
①称量电解前电极的质量②刮下电解后电极上的铜③用蒸馏水冲洗电解后电极④低温烘干电极后称量⑤高温烘干电极后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重
（4）已知电子的电量为1.6×10-19C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：
NA=______。
解析：该题要求用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数数值，是将物理和化学有机融合在一起的试题。它改变了化学实验考核仅仅是玻璃仪器连接的考法，不仅要求学生能正确地把电解装置中电解池和直流电源相连接，而且要求在电解装置中串联一只电流表。此题最后给出了电子的电量，要求根据电解后电极上析出铜的质量。列出阿伏加德罗常数的计算公式。
（1）连接这些仪器的正确顺序为E接D，C接A，B接F。
连接的实物图如图7-10。
实验装置线路中的电流方向为F→B→A→C→D→E。
（2）写出B极发生反应的离子方程式2Cl--2e→Cl2↑，G试管中淀粉KI溶液变化蓝色，相应的离子方程式Cl2+2I-=2Cl-+I2。
（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必须的实验步骤的先后顺序应是①、③、④、⑥。
本实验的最终目的是正确的称量电极上析出铜的质量，因此，电解前必须正确称量电极的质量，电解完成后，正确地称量电解的增加值，是关键的一步。它首先要用蒸馏水清洗电极上残留的铜离子和氯离子，然后要烘干洁净的电极，但是要注意不能在较高的温度下操作，否则电极上的铜易被氧化，造成称量的误差。为了避免称量中的误差，对电极要再次低温烘干后称量至恒重。
（4）已知电子的电量为1.6×10-19C。在单位时间内电路中通过的总电量为Q=It。铜失电子总数和电路中通过电子总数相等。
例4 由实验得知，用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价a的乘积，其比例系数F是一个恒量，称为法拉第常数，它与金属的种类无关。
已知：阿伏加德罗常数NA=6.023×1023 mol-1，电子电量e=1.60×10-19C
Cu的原子量：64×10-3kg·mol-1
①如果电解硫酸铜溶液获得1kg的金属铜，通过电解槽的电量是多少？
②用电铰的方法在半径为R的钢球壳表面均匀的镀上很薄的银层，在电镀槽中钢球是阳极还是阴极？另一电极是什么材料？若电流强度为I，银的相对原子质量为A，金属银的密度为ρ，求镀层的厚度 d（其他用本题中的符号表示，法拉第常数为9.64×104C·mol-1）。
解析：此题中涉及到内容有物理、化学，还有数学等相关的知识，是一道综合性很强的题目。①解答的关键是铜失电子总数等于电路中电子总数，②解答线索是通过电路中提供的电量，可求得析出银的总质量，同时mAg=ρV=4πR2dρ，即可以求出d。
电量Q=Fan=9.64×104×2×15.6=3.0×106C
②钢球是阴极，阳极材料是银
由电解定律，It=Fan，此题中，银，a=1
例5 图7-11所示，A与B试管中的电极为多孔的惰性电极；c和d为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a和b两极。若在A和B试管中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，合闭K2和K3，通过直流电，则：
①在湿的Na2SO4溶液滤纸条上的中心的KMnO4液滴，观察到的现象是______，理由是______。
②标出电源的正、负极，a为______极，b为______极。
③写出电极反应式：A中______，B中______。
④若电解一段时间后，A和B中均有气体包围电极。此时切断K2和K3，闭合K1，则电流表的指针______（填“会”或“不会”）移动。
⑤若电流表的指针不移动，说明理由；若指针移动，也说明理由（均可用反应式表达）。
解析：此题将物理学中带电粒子在电场中的移动、并联电路、欧姆定律和电极反应化学知识等结合起来，是一道横跨物理和化学综合性很强的题目。本题的解题关键有两点：（1）电解氢氧化钾溶液相当于电解水；（2）负电荷在电场中向高电势方向移动。电解反应中阴阳两极得失电子总数相等时产生的氢气体积是氧气体积的二倍，电解时阳极出氧气，阴极出氢气可以判断a、b电极的正负情况，通过a、b的正负
答案：
②负；正③A中：4OH--4e=2H2O+O2↑B中2H++2e=H2↑
④会⑤因A中的O2，B中的H2与KOH溶液形成H2、O2燃料电池。
电极反应为：
A：O2+4e+2H2O=4OH- B：2H2-4e+4OH-=2H2O
2．力学
由阿伏加德罗定律可知同温、同体积条件下气体的物质的量之比等于压强之比，由此可知气体的物质的量和物理学压强联系起来形成物理、化学知识的一个结合点；解决此类问题必须找出二者之间的联系，从而建立关系。
例1 高中化学中，有些知识点的学习只有联系物理或数学的知识才能加深理解，如要掌握“喷泉实验”，还必须弄清以下几个问题：（1）是否只有水溶性很大的气体才能形成喷泉？（2）多大溶解度的气体才能形成喷泉？（3）喷泉实验成败的关键是什么？除了课本中的实验装置外能否采用其他装置？这里就要应用物理学中有关压强知识来研究分析。
解析：设实验时所用的烧瓶容积为250mL，玻璃导管长35cm，胶头滴管内能够挤出约0.5mL的水，可用压强知识计算出胶头滴管挤出0.5mL水溶解气体的最小体积数。要使水顺利喷出，瓶内外的压强差必须超过一个特定的值，即这个压强差（设为△p）必须克服玻璃导管水柱的重力作用才能使水顺利压入烧瓶。由压强知识知：1个大气压相当于由10.34m高的水柱产生的压强，则有：1atm/10.34m=△p/0.35m，△p=0.034atm，即烧瓶内气体压强至少减少至 0.966atm。由道尔顿分压定律p总V分=p分V总，得：1atm×V=0.034atm×250mL，所以V=8.5mL。即此压强差△p相当于由8.5 mL气体所产生的压强，水就可以喷出。由此可知，当气体的溶解度大于或等于17左右时，就有可能形成喷泉。进而就可得出，诸如HBr、HI、SO2等气体均可以做类似的喷泉实验，还有像二氧化碳、氯气等气体也可以用氢氧化钠溶液做吸收液来做喷泉实验。
例2 如图7-12所示装置。玻璃匙盛硫，金属丝用于加热（不和硫反应），容器内盛氧气，U形管内盛汞，反应前两侧汞液面持平，给金属丝通电加热使硫起反应。反应完成后使容器内的温度恢复到反应前的温度，U形管两侧汞液面仍持平。
（1）由实验结果能得到结论是______。
（2）若反应前后容器内盛空气或N2O。分别如上实验并恢复到原温度时（已知二者反应后容器内所含物质种类相同，空气看作由N2和O2组成），U形管两侧汞面情况（用化学方程式表示并简单说明）：
①盛空气汞液面______（是、否）持平，原因______。
②盛N2O汞液面______（是、否）持平，原因______。
解析：此题为阿伏加德罗定律内容的引申，压强由U型管两侧汞柱高度表示出来，从实验结果两侧汞液面持平（即压强不变）可以推知反应前后气体体积不变，硫单质为固体体积可以忽略不计，满足体积不变，也就是每消耗1molO2就得生成1mol气体。空气看作由N2和O2组成，N2和S不发生反应，硫和氧气发生反应S+O2=SO2，反应前后气体的物质的量不变，因此汞液面持平；从题目信息二者反应容器内所含物质种类相同可知N2O和S反应的产物为N2和SO2，化学方程式为S+2N2O=2N2+SO2，可以看出反应前后气体物质的量不同，因此汞液面不持平。
答案：
（1）反应前后气体体积不变，每消耗1molO2就得生成1mol气体。
（2）①是；S+O2=SO2，反应前后气体的物质的量不变。
②否；2N2O+S=2N2+SO2，反应前后气体的物质的量改变。
例3 在一烧杯中盛有100mL2mol·L-1的H2SO4溶液，同时有一表面光滑的塑料小球悬浮于溶液中央（如图7-13所示）。向该烧杯里缓缓注入0.4 mol·L-1的 Ba（OH）2溶液至恰好完全反应，在此实验过程中：
（1）烧杯里观察到的实验现象有：
①______
②______
（2）写出实验过程中的反应的离子方程式______。
解析：此题将物理学中的浮力和化学反应后产物的变化联系起来，反应前是硫酸溶液，当加入Ba（OH）2溶液后，发生反应而变成水溶液，BaSO4是不溶物，硫酸的密度比水的密度大。物体悬浮在溶液中的条件是溶液的密度和物体的密度相等，变成水溶液后，水的密度小于物体的密度，所受水的浮力小于物体所受的重力，物体下沉。
答案：
（1）①溶液里产生白色沉淀 ②小球沉至烧杯底部（或小球下沉）
3．能量守恒
任何化学反应的发生都伴有能量的转换，有的以热能的形式放出或吸收。物体的运动、生物的成长都需要化学反应提供能量。因此能量转换将物理学中的有关定律、原理等知识和化学联系起来，能量守恒成为解决此类问题的桥梁。
例1 在绿色植物光合作用中，每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10-7m的光量子。同时每放出1molO2植物储存469kJ的能量。绿色植物能量转换效率为（普朗克常数值：h=6.63×10-37kJ·S）______。
A．34％ B．29％
C．37％ D．40％
解析：此题将物理学中光能、化学反应的发生结合起来。根据能量公式E=hv=hc/λ，放出1molO2的总能量为：
E总=6.63×10-37kJ·s×3×108m·s-1÷6.88×10-7m×8×6.02×1023
=1392.3kJ
η=469kJ÷1392.3kJ×100％=34％
故答案为A。
例2 某短跑运动员的体重为70kg，起跑时能以1/7s冲出1m远，能量全部由消耗体内的葡萄糖提供，其热化学方程式为：
C6H12O6（s）+6O2（g） 6CO2（g）+6H2O（l）+2804kJ
则该短跑运动员消耗的葡萄糖的质量是 [ ]
A．0.22g B．0.55g C．0.66g D．0.44g
解析：本题将物理学中的有关运动学、动能定理、冲量定律等知识和化学的热学知识联系起来，考查学生的结合物理学知识来解答化学问题的综合应用能力。
再由C6H12O6（s）+6O2（g） 6CO2（g）+6H2O（1）+2804kJ
180g 2804 kJ
x 6.860kJ
解得x=0.44g，故选择D。
4．运动学
例1 如图7-14表示容积固定的2L密闭容器中进行的某一可逆反应A（气）+2B（气） 2C（气），以B的物质的量mol/L浓度改变表示的反应速率v正，V逆与时间的关系图（1）。已知v的单位为mol·L-1·s-1，则图中阴影部分的面积可表示 [ ]
A．A的物质的量浓度的减少
B．B的物质的量浓度的减少
C．C的物质的量的增加
D．B的物质的量的减少
解析：在物理学中的身变速直线运动中常用图7-14（2）来分析速率、时间和位移的关系。时间t时质点的位移相当于图中阴影部分所占的面积。分别比较匀变速直线运动中速度与化学反应速率的单位、位移与物质的量浓度单位，分别是m/s、mol/L·s和m、mol/L。从中得出（1）中阴影部分来分析（1）解决本题，可得出可用同样的方法来分析应该是由于正反应而使B的物质的量浓度的减少值与由于逆反应而使B的物质的量浓度增加值之差值。因为起始正反应速率大于逆反应速率，所以阴影部分是B的物质的量浓度的减少值，答案为B。
例2 根据“同温、同压下气体扩散速率与式量的平方根成反比”的原理，在一根120cm长玻璃管两端分别盛有氨气和氯化氢气体，当两种气体同时扩散，在约什么位置相遇而生成白烟？
A．距HCl 48.6cm
B．距NH3 48.6cm
C．距HCl 71.3cm
D．距NH3 60cm
解析：此题是化学反应和物理学中的运动学相结合的，利用物理学的知识来解答化学问题，根据运动定律可知速率与式量的平方根成反比，气体分子运动位移和速率成正比，设NH3运动位移为x，则HCl的运动位移为120-x。
精选题
1．由于Fe（OH）2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。应用如图7-15所示电解实验可制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。两电极的材料分别为石墨和铁。
①a电极材料应为______，电极反应式为______。
②电解液c可以是（填编号）______。
A．纯水
B．NaCl
C．NaOH溶液
D．CuCl2溶液
③d为苯，其作用为______，在加入苯之前对c应作何简单处理？
④为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（填编号）______。
A．改用稀硫酸作电解液
B．适当增大电源的电压
C．适当的减小两电极间的距离
D．适当的降低电解液的温度
2．如图7-16所示装置，a和b两极均为铂电极，通电一段时间后，a极上产生了112mL（SPT）气体，问：
①b极产生的气体在标准状况下有多少毫升？
②设想如何利用电子所带电量设计一个简单的实验装置，用于获知阴、阳两极电极产物的物质的量，指出所需测定的物理量。
3．有 A、B、C三种电解质溶液分别装在三个烧杯中，烧杯中插有石墨电极，并按图7-17所示方式在电路中连接。闭合开关K后，测得各支路电流强度IⅠ约等于IⅡ（其中IⅢ略小）。若撤去B，测得各支路电流强度IA远小于IC；若撤去C，并将A和B两溶液混匀后均分为两等份，再重置于电路Ⅰ、Ⅱ处测知通过A和B混合溶液的电流强度与先前通过A溶液的电流强度的相对大小关系为IAB远大于IA。
已知A、B、C分别选自下列溶液：0.1mol·L-1盐酸、0.1mol·L-1醋酸、0.1mol·L-1氯化钠溶液，0.1mol·L-1硫酸、0.1mol·L-1NaOH溶液、0.1mol·L-1氨水。且25℃时，A溶液pH＜7。
回答下列问题：
①指出A、B、C是（或可能是）什么溶液？
A______、B_____、C_____
②若向C溶液中滴入酚酞试剂呈红色，则C是______；将A、B、C分别以等体积进行两两混合，结果是哪种组合的混合液中水的电离度最大？（选填A、B、C回答）_____。
4．将一种化学式为R（NO3）x·nH2O的硝酸盐晶体6.05g溶于水配成500mL溶液，用石墨棒作为电极材料对此溶液进行电解。当以通过电流强度为5A的电流16.05min时，溶液中的金属离子已全部放电，且其中一极增重1.60g（已知此晶体的摩尔质量为242g/mol）。则：
①x=______，②R的原子量为______，③n=______。
④若反应前后体积保持不变，反应后溶液的pH=______。
5．用石墨电极电解pH=3的稀硫酸溶液50mL，通电1h停止电解。此时测得溶液的pH=2，已知每个电子所带电量为1.6×10-19C，则下列说法正确的是 [ ]
A．电源的电压为36V
B．阴、阳两极共产生168L气体
C．电路中的电流强度约为134 A
D．溶液的质量减少15g
6．现有实验药品：一定质量的锌（分片状和粒状两种）、浓硫酸（密度1.84g·cm-1）、水以及图7-18装置，图中量气管B是由甲、乙两根玻璃管组成，它们用橡胶管连通，并装适量的水，甲管有刻度（0～100 mL），甲、乙管可固定在铁架上，供量气用，乙管可上下移动，以调节液面高度，利用此装置可测定锌的相对原子质量（设锌全部反应，产生的气体不超过50mL）。回答下列问题：
（1）实验前为检查装置的气密性，先将A、甲、乙三管固定，乙管中注入水，液面高于甲液面，静置片刻，______，说明装置气密性良好。
（2）按图示装置实验，耍保证不漏H2，应如何操作？______
（3）为了准确地测量H2的体积，在读取反应后甲管中液面的读数时，应注意______（填写序号）。
A．视线与凹液面最低处相平
B．等待片刻，待乙管液面不再上升时读数
C．读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平
D．读数时不一定使甲、乙两管液面相平
答 案
1．①Fe；Fe—2e=Fe2+②B、C③隔绝空气，防止Fe（OH）2被空气氧化；加热一段时间④B、C
2．①224mL②要求创造性地将电学中电流的定义（I=Q/t）加以灵活运用，要获知阴阳两极电解产物的物质的量，只要求出导线中通过的电量即可，而求电量仅需测定时间和电流强度。在电解电路中增加一个电流计即可。
3．①醋酸；氨水；盐酸或氯化钠或氢氧化钠溶液。②NaOH溶液；A和B
4．①2；②64；③3；④1 5．A
6．（1）液面保持不动
（2）将A试管胶塞打开，加适量水，再沿试管壁慢慢注入少量浓H2SO4，液体体积不超过试管容积的1/3，振荡；试管斜放，把锌片放在试管内壁上，塞上胶塞，试管慢慢直立，锌与稀硫酸接触。（3）A、C
36．化学与生物的结合
化学和生物综合测试题结合特点有三类：一类是渗透，如糖类、蛋白质与细胞，有机物和生物遗传等；二类是交叉，如元素、化合物与生物的新陈代谢、污水处理与自然环境等；三类是综合，如有机物主要来源、农副产品加工、资源综合利用，新产品、新能源、新材料与生物的遗传和生命的起源。这方面的内容要求我们教师有意识地在立足于两学科及本学科的基础上，挖掘出两门学科相关的、交叉的教学资料，拓宽教学内容的广度，增加交叉的知识面，主动的去渗透，教会学生综合分析的方法。提高学生运用化学、生物视角去观察分析生活、生产和社会中的各类有关实际问题的能力。
例1 证明“光合作用需要二氧化碳的实验”可利用图7-19所示的甲（玻璃缸中盛NaOH溶液），乙（玻璃缸中盛清水）两个装置，将这两个装置同时放在黑暗处一昼夜，然后一起放到阳光下，几小时后分别取下甲、乙装置中的叶片，分别在酒精中热水浴脱色，用水漂洗后分别加碘，发现甲装置中的叶片不变蓝，而乙装置的叶片却变蓝。
（1）加碘后甲装置中的叶片不变蓝，说明其叶片没有______生成，其原因是甲装置里的二氧化碳______，反应的化学方程式为______。
（2）加碘后乙装置中的叶片变蓝，则细胞中变蓝的结构是______，其原因为______。
解析：
本题为化学学科中化学方程式的书写和生物学科中光合作用进行的场所、实质综合性的题目，应充分利用生物学的原理解决化学问题，通过对试验现象的观察、分析，考查学生的观察能力、分析能力。
答案：
（1）淀粉；被氢氧化钠溶液吸收；CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
（2）叶绿体；植物利用二氧化碳在叶绿体中进行了光合作用，合成了糖类——淀粉，淀粉遇碘变蓝。
例2 A、B、C是大家熟悉与生命运动密切相关的三种化合物，它们所含元素不超过三种，并有下列转化关系：
其中化合物D也是日常生活中常见的化合物，在一定条件下可与单质甲进一步发生如下变化：
回答下列有关问题：
①在A、B、C、D四种化合物中，所含元素相同的是（写物质名称）______、______。
②常温下，A和B是通过什么途径转化为C的？______。
③目前，化合物B在自然界中的含量呈上升趋势，对环境产生了不良的影响，发生这种变化的主要原因是______。
④化合物D另有一种同分异构体，这种异构体的结构简式是______。
解析：
该题以生物、环境知识为载体，测试学生有机化学知识、阅读能力及推理能力等。属于有机化学、环境化学、生物化学等学科的综合题。如果能认真阅读题目和所问问题，联系化学和环保、生物知识，可以找到几个突破点。
一是A、B、C是与生命运动密切相关的化合物，像水、糖类、油脂、蛋白质等。人吸进氧气，呼出二氧化碳，所以二氧化碳也是与生命运动相关的化合物；
二是“B在自然界中含量成上升趋势，对环境产生不良影响”，可联系大家熟知的二氧化碳在空气中的含量上升，会产生一种叫“温室效应”的不良影响，则可推知B可能为二氧化碳；三是“化合物D另有一种同分异构体”，同分异构体是有机物特有的现象，进而联想到D是一种有机化合物，再结合方程式：
多数有机物完全燃烧后生成水和二氧化碳，则推知单质甲为氧气，化合物A为水。根据A和B的化学计量数，可知有机物D中有2个碳原子，3×2=6个氢原子，3×1+2×2-3×2=1个氧原子，即D的分子式为C2H6O。又由于D为日常生活常见的物质，应为乙醇，它的同分异构体为甲醚。而化合物A和化合物B，即水和二氧化碳在植物光合作用下转化为葡萄糖和氧气。化合物C就是葡萄糖，葡萄糖又在酒化酶作用下转化成乙醇和二氧化碳，从而解决所有问题。
答案：
①C：葡萄糖；D：乙醇或酒精
②水和二氧化碳是通过植物进行光合作用转化为葡萄糖的。
③二氧化碳在空气中含量呈上升趋势并产生“温室效应”的主要原因是：大量燃烧含碳燃料、人口膨胀、森林大面积砍伐等。
④CH3—O—CH3
例3 据报道人从食物中摄取碘后便在甲状腺上存积下来，通过一系列的化学反应可形成甲状腺素。甲状腺素的结构如下：
（1）甲状腺素的分子式为______。
（2）在甲状腺内，甲状腺素的合成过程可能是：
试回答下列问题：
①上述两步反应分别是______反应和______反应。
②试写出上述两步反应的化学方程式______、______。
（3）人体分泌甲状腺素过少，婴儿时将患______，成人时将引起______。
解析：
这是一道渗透化学、生物学内容的综合能力测试题，主要考察学生对知识的迁移能力和运用能力，根据合成过程，两步反应均应属于取代反应。人体缺碘会影响甲状腺、脑功能，导致某些病症的出现，碘缺乏症统称IDD（英文缩写）。
答案：（1）C15H11NO4I4（2）①取代；取代。
（3）呆小症；甲状腺肿
例4 ATP（三磷酸腺甘）是体内生理活动所需能量的直接来源，故称之为“能量分子”。发现“能量分子”形成过程的科学家获得了1997年度的诺贝尔化学奖。ATP的结构如下：
（1）ATP的分子式为______。
（2）ATP分子中含有两个P～O高能磷酸键，每水解裂开一个P～O键时，反应可释放约30.5kJ/mol能量。高能磷酸键的形成与断裂的反应过程即是“能量分子”传递能量的过程，转化关系为：
其中ATP与ADP、ADP与AMP的分子量均相差80，则反应④是______。
A．释能反应 B．吸能反应 C．水解反应 D．磷酸化反应
（3）写出由AMP形成“能量分子”ATP的化学反应方程式，并标出能量的变化值：______。
（4）如图7-20所示，能正确表示动物肌细胞内ATP产生量与O2供给量之间关系的曲线是______。
A．a B．b C．c D．都不是
（5）每摩高能磷酸键水解时可释放出30514kJ的能量，而每摩低能磷酸键水解时可释放14212kJ的能量，如有50.7g的ATP完全发生水解，则能放出______kJ的能量。如将其加入到2mol/L的氢氧化钠溶液中，则需消耗______mol的NaOH。
解析：
该题以最新科技成果为载体，要求学生敏捷地接受新信息，并通过自学，结合化学、生物知识，在分析、评价的基础上应用新信息。该类题型既加快了新知识传播的速度和效果，同时也加大了对学生能力的考查力度。分析第（4）题，可以发现a表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加而增加；b表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加开始增加，随后达到稳定状态，c表示的是ATP的产生量随O2的供给量增加没有发生变化。动物肌细胞活动加强，O2的供给量增多，肌细胞中有机物分解加速，释放大量的能量，合成大量的ATP；但ATP的产生量与O2的供给量、ATP、Pi和酶等有关，当ADP在细胞内达到一定量时就达到稳定状态。因此，比较曲线a，b，c，正确答案应该是B。
答案：（1）C10H16N5O13P3 （2）B、D （3）AMP+2H3PO4→ATP+2H2O-61Kj （4）B （5）7524；0.9
例5 有机合成是近代有机化学创立的标志，在有机化学发展的历史上有过几次重大的突破。
（1）1824年德国化学家维勒首次从无机物人工合成了有机物——尿素。实验过程简述如下：
（2）美国学者米勒设计的一个模拟装置。抽空后将CH4、NH3和H2从图中7-21中（a）泵入玻璃仪器内，再把B中的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，然后在A内放电7天，经（b）冷却后，产物沉积在C中，它含有包括氨基酸在内的多种氨基酸。
（3）1965年9月，我国科学家汪蝤等成功地合成了具有生理活性的结晶牛胰岛素。另外1981年11月，我国科学家又在世界上首先人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。
回答下列问题：
（1）写出反应①、②的化学方程式______、______。
（2）图中A内模拟______中发生______。B和C中的液体相当于______。
（3）维勒和米勒的实验表明______。
（4）结晶牛胰岛素合成的化学意义和生物学意义分别是什么？
解析：
本题从化学史、生物史的角度考查现代科学前沿的有关简单化学、生物知识的问题。重在测试学生分析和综合、比较和论证等能力。
答案：（1）①NH4Cl+AgCNO=AgCl↓+NH4CNO
②NH4CNO （NH2）2
（2）原始大气；闪电现象；原始海洋
（3）维勒合成尿素的意义：用非生物体内取得的物质可合成有机物，打破了只能从有机体取得有机化合物的限制，并在维勒人工合成尿素后，有机化学理论迅速建立起来。米勒实验表明在生命起源中，从无机物合成有机物的化学过程是完全可能的。
（4）化学意义：它突破了简单有机物和生物高分子的界限，开创了人工合成高分子的新时期，向人工合成生命物质又迈进了一大步。生物学意义：标志着人类在探索生命奥秘的历程中，迈进了关键的一步，对揭示生命现象的本质奠定了基础，并推动了分子生物学、分子遗传学的发展。
例6 已知化学反应aA+bB=dD+eE，反应物A与B反应生成D和E的反应速率满足公式v=k[A]x[Y]y。式中[A]和[B]分别是A和B的浓度，x，y为其相应的指数，k是速率常数，对给定的反应，在一定的温度下是个常数，它的单位与x，y的数值有关。今有HbCO中血红蛋白（Hb）与CO的结合力比HbO2血红蛋白与O2的结合力大200倍。当空气中的CO浓度大到50PPm以上，人体就感到缺氧，这时血液中羰基血红蛋白（HbCO）达到10％，通常人肺的血液中O2的溶解度达1.6×10-6mol/L，而且其中血红蛋白的浓度稳定在8×10-6mol/L。
①设速率常数k=2.1×106L/mol·s（37℃时）求血红蛋白中HbO2的生成速率。
②在CO中毒情况下，需要将HbO2的生成速率提高到1.1×104mol/L·s，试计算这时所需O2的浓度是多少？（假设血液中血红蛋白的浓度是恒定的），如果血液中的氧的浓度与进入肺的氧分压成正比，试提出一个实际可行的解决问题的方案。
解析：
此题是典型的化学、生物、日常生活相结合的题目，用生物、化学知识解决实际问题。在简单反应aA+bB=dD+eE中，D和E的反应速率v=k[A]a[B]b，题目中分别用未知值x、y代表a、b，但是告诉你k的单位与x、y数值有关。根据这个提示，又知k=2.1×10-6L/mol·s，代入公式有单位关系：mol/L·s=L/mol·s×[mol/L]a×[mol/L]b，推出a=b=1。因而推知该反应的速率方程是：V=k[Hb][O2]，这是解题的出发点。
v=2.1×106L/mol·s×1.6×106mol/L×8×10-6mol/L=2.69×10-5mol/L·s
若采用加压空气，则其压力达4×1.01×105Pa以上，对人体有害。所以比较合理的解救方法只能让病人吸入纯氧或富氧空气。
精选题
1．（1）牙齿表面被一层硬的组成为Ca5（PO4）3OH的物质保护着，它在唾液中存在下述平衡：Ca5（PO4）3OH（固） 5Ca2+
a．进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就受到腐蚀。其原因是______；
b．已知Ca5（PO4）3F（固）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是______；
c．根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法______。
2．通常洗涤剂中含有三磷酸五钠（Na5P3O10）。洗涤衣物的废水如直接排入到河湖中，会造成水质富养化，促使藻类大量繁殖，藻类死亡之后经氧化，消耗水中的氧气，造成水缺氧，致使河水变黑变臭，鱼类等生物因缺氧死亡
①经测定某藻类的组成为含C：35.80％；O：49.50％；P：0.87％；H：7.37％；N：6.31％。该藻类的最简式是（相对一个P原子______。
②藻类被完全氧化的化学方程式（生成物除氧外其他元素都为最高价）______
③现有一个1×106m2，平均水深为20m的湖泊，含氧气量为9.1g/m3。若每天排入含3％（质量分数）三磷酸五钠的废水1000kg。湖里氧气被消耗尽需要______天。
答案
1．a．生成有机酸，H+浓度增大，H+和OH-结合生成H2O，OH-浓度减小，上述平衡向右移动。
b．5Ca2++3PO43++OH-+F-=Ca5（PO4）3F+OH-
c．多吃钙含量高的食物。
2．①C106H263O110N16P
②C106H263O110N16P+138O2=106CO2+16HNO3+H3PO4+122H2O
③169
37．化学与生活、生产、社会的结合
此类问题立足于中学的基础知识和中学生的能力范围，同时给出和生活、生产、社会有关的一定量的信息。然后设置问题情景让学生回答。它要求学生在有限的时间内迅速地理解和接收新信息，并迅速地调用已有的知识，把二者结合起来从而产生解决问题的思路和方法。以提高各种自学能力作为提高能力的必要前提。
化工生产把化学学科的研究成果转化为社会需求，不但涉及反应原理，方法和原料、设备、转化率等诸多因素，还要考虑规模化、经济效益、环境保护等问题；生活情景问题创设了各种生活上的问题，解决这些问题具有实际意义。这些内容充分体现了理论联系实际，同时也拓宽了学生的知识面。
例1 维生素C是一种水溶性维生素（其水溶液呈酸性），它的分子式是C6H8O6。人体缺乏这种维生素C易得坏血症，所以维生素C又称抗坏血酸。维生素C易被空气中的氧气氧化。在新鲜的水果、蔬菜、乳制品中都含维生素C，如新鲜的橙汁中维生素C的含量在500mg/L左右。
校课外活动小组测定了某品牌的软包装橙汁中维生素C的含量。下面是测定实验分析报告。（请填写有关空白）
（1）测定目的：测定××牌软包装橙汁维生素C的含量。
（2）测定原理：C6H8O6+I2 C6H6O6+2H++2I-。
（3）实验用品及试剂：
①仪器和用品：（自选，略）
②试剂：指示剂______（填名称）、浓度为7.50×10-3mol/L标准碘溶液、蒸馏水等。
（4）实验过程：
①洗涤仪器，检查滴定管是否漏水，润洗后装好标准碘溶液待用。
②打开橙汁包装，目测：颜色——橙黄色，澄清度——好。用______（填仪器名称）向锥形瓶中移入20.00mL待测橙汁，滴入2滴指示剂。
③用左手控制滴定管的______（填部位），右手振动锥形瓶，眼睛注视______，直到滴定终点。滴定至终点的现象是______。
（5）数据记录与处理：
（请在下面空白处设计数据记录和数据处理的表格，不必填数据）
若经数据处理，滴定中消耗标准碘溶液的体积是15.00 mL，则此橙汁中维生素C的含量是______mg/L。
（6）问题讨论：
①滴定时能否剧烈振动锥形瓶？为什么？
②从分析数据看，此软包装橙汁是否属纯天然的橙汁？______（填序号）。
A．是 B．可能是 C．不是
制造商可能采取的做法是______。
A．加水稀释天然橙汁B．橙汁已被浓缩C．将维生素C作添加剂
你是否同意这种做法？
A．同意 B．不同意 C．调查再作结论
解析：
本题把信息知识，中和滴定操作、化学计算、社会经济等问题有机的结合在一起，是一道综合性强、思维能力要求高的试题。重点考查学生的观察、实验、思维能力。
由测定原理可知指示剂必为淀粉溶液。选用什么仪器向锥形瓶注入橙汁呢？有部分同学填入了量筒，忽视了量筒是一种粗略的量器，精确度到不了百分位；也有部分同学填入了滴定管，若为碱式滴定管，因维生素C溶液呈酸性，会腐蚀碱式滴定管的橡胶部位，故应填酸式滴定管或移液管。解答实验过程（3）时，关键是第3空，必须搞清原理，是哪种溶液向哪种溶液中滴入，否则可能答反。正确的是：溶液蓝色不褪色，而不是蓝色褪去。
（5）是非常新颖的题型，它突出考查了学生实验后对数据利用的能力，测试时得分率极低，本题其实是书上实验数据处理的迁移，应取两次数据的平均值计算待测溶液的浓度，表格如
然后列式计算可知含量为 900 mg/L。
（6）中问题讨论陷阱就更多了。①的答案几乎所有同学都这样答：防止溶液溅出，使测量有误差。但这是一个思维定势，因为溶液在锥形瓶中是不易溅出的。正确答案应根据“维生素C易被空气中的氧气氧化”，故答案为：不能，因为增大了与空气的接触面积，使之氧化。
②中显然不是天然橙汁，那么制造商可能采取什么措施？很多人选B。这是缺乏社会常识的选择，因为制造商毕竟要赚钱，选B必然亏本。这时再读题干，“在新鲜水果、蔬菜中都含有”说明维生素C价格低廉，所以选C。那么我们是否同意选C？因为制造商可能加入某种不是维生素C的还原剂，故应调查后再作结论。
例2 ①为防治酸雨。降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用，请写出燃烧时，有关“固硫”（不使含硫的化合物进入大气）反应的化学方程式为______、______、______。
②近年来，某些自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨，其反应的化学方程式为：NH3+HClO H2O+NH2Cl（一氯胺），NH2Cl较HClO稳定，试分析加液氨能延长液氯杀菌时间的原因：______。
解析：
此题所涉及的内容和工业生产、日常生活密切相关，有些内容可能学生不知道。解答本类题目关键是对所给的信息进行充分的加工，利用所学的基础知识、基本原理、已有的经验解答题目。①题关键知道酸雨的形成是由于燃煤产生大量的SO2溶于水，即有反应S+O2=SO2。加入生石灰后必发生反应SO2+CaO=CaSO3，将SO2转化为CaSO3而不排放到大气中，同时知道CaSO3不稳定将和空气中的O2发生反应，即：2CaSO3+O2=2CaSO4。②题关键点得分析出液氯进行杀菌的有效成分实质是Cl2和水反应生成的HClO，HClO不稳定，加入液氨后将其转化为稳定的NH2Cl，将HClO储存起来，当反应时消耗HClO，此反应NH3+HClO H2O+NH2Cl向左移动，将HClO又释放出来。
例3 某地有甲、乙两工厂排放污水，污水中各含有下列8种离子中的4种（两厂不含相同离子）：Ag+、Ba2+、Fe3+、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、OH-。两厂单独排放都会造成严重的水污染，如将两厂的污水按一定的比例混合，沉淀后污水便变成无色澄清的只含硝酸钠而排放，污染程度会大大降低。关于污染源的分析，你认为正确的是 [ ]
A．SO42-和NO3-可能来自同一工厂
B．Cl-和NO3-一定在不同的工厂
C．Ag+和Na+可能在同一工厂
D．Na+和NO3-来自同一工厂
解析：
本题是和工业生产相连系的，本质考查的是离子共存，根据题目中所给信息分析出，Ag+、Cl-；Ba2+、SO42-；Fe3+、OH-三组离子是不共存的，同时Ag+和SO42-、OH-也不共存，因此Ag+只能和阴离子NO3-处于同一溶液，SO42-、Cl-、OH-只能处于同一溶液中。甲、乙两厂污水，各含4种且不相同离子，则Ba2+、Fe3+必须和Ag+、NO3-在一组，而SO42-、Cl-、OH-、Na+在另一组。根据判断可知只有B选项符合题意。
例4 银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成Ag2S，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中与容器接触，放置一段时间，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为______，正极反应为______。反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为______。
解析：
此题是利用化学知识解决日常生活遇到的问题，是根据组成原电池的条件设计实验解决此问题，同时涉及到双水解。经过对题目的信息分析，可知负极为铝、正极为Ag2S、电解质为氯化钠溶液，负极反应为Al-3e=Al3+，正极反应由信息黑色会褪去而银不会损失可知，Ag2S得电子变成Ag，所以正极反应为：Ag2S+2e=2Ag+S2-。反应过程中有臭鸡蛋气味的气体产生即有H2S生成，因为原电池反应发生过程中产生Al3+、S2-，二者必定发生双水解反应：
2Al3++3S2-+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2S↑
答案：Al-3e=Al3+；Ag2S+2e=2Ag+S2-；2Al3++3S2-+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2S↑。
精选题
1．为了防治水的污染，环境监测站需要经常测定水中的溶氧情况。主要方法是；量取amL水样，迅速加入固定剂MnSO4和碱性KI（含KOH），完全反应后加入硫酸使之生成I2，再用bmol·L-1Na2S2O3溶液滴定，消耗VmL（以淀粉为指示剂）。
有关的离子方程式为：2Mn2++O2+4OH-=2MnO（OH）2；MnO（OH）2+2I-+4H+=Mn2++I2+3H2O；I2+2S2O32-=2I-+S4O62-。
①上述反应的氧化剂分别是______。
②水中溶氧的计算式表示为______。
③如果取50mL水样进行测定，消耗了0.004 mol/L的Na2S2O3溶液10mL。求出每升水中溶解氧的质量是多少克？______。
2．铬是人体必须的微量元素之一，Cr3+能参加正常的糖代谢过程，但Cr6+对人体却十分有害，是致癌物质，工业上为了除去含Cr2O72-离子的酸性废水，采用以下处理方法：①往工业废水中，加入适量的食盐（1～2g/L）。②以铁作为电极进行电解。③鼓入空气，经过一段时间后，使废水中含铬（有毒）量降到可排放的标准，其原理是：（1）将Cr2O72-离子还原为可溶性三价铬离子；（2）要在电解除铬过程中，使溶液的pH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性的氢氧化物除去。
试回答：
（1）写出电解时的电极反应，阳极：______，阴极：______。
（2）Cr2O72-转变为Cr3+的离子反应方程式为______。
（3）能否将Fe电极改变为石墨电极？为什么？
3．工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要的来源（洗涤剂中含有磷酸钠，对于处理污水时要不要除去磷，下列说法正确的是 [ ]
A．磷是生物的营养元素，不必除去
B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去
C．含磷污水排到自然水中，引起藻类增殖，使水变质，必须除去
D．磷对人无毒，除去与否无关紧要
4．为了度量水中有机物等还原性污染物的含量，通常把1L水样与强氧化剂完全作用时消耗氧化剂的量，折算成以氧气为氧化剂时的质量（O2mg·L-1）来表示，成为该水样的化学耗氧量（COD）。我国明文规定：COD＞500mg·L-1的污水不得直接排放。
为测定某工业废水的COD，实验如下：量取废水样品20.00mL，加入0.100 mol·L-1KMnO4溶液10.00mL和少量稀H2SO4，在一定的条件下充分反应后，再用0.200mol·L-1的草酸钠（Na2C2O4）溶液滴定过量的KMnO4，达到终点时消耗Na2C2O4溶液11.00mL。
①写出在酸性介质中KMnO4（被还原为Mn2+）与Na2C2O4（被氧化为CO2）反应的离子方程式______。
②计算该水样的COD，写出计算过程。
③如果每次取水样20.00mL，加入等体积的0.100 mol·L-1酸性KMnO4溶液，为简化计算，令滴定过量KMnO4时，每消耗1.00mL Na2C2O4溶液，就相当于水样的COD为10.0mg·L-1，该Na2C2O4溶液的物质的量浓度配制为______。
④若无需其他计算，只需通过实验测定下列两组方案中的a和b的值，并直接根据a与b的比值来确定该工业废水可否直接排放。你认为
（填写取值范围）______时，该工业废水不能直接排放。
5．NO分子因污染空气而臭名昭著。近年来，发现少量的NO在生物体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆功能，而成为当前生命科学的研究热点，NO亦被称为“明星分子”。请回答下列问题。
①NO对环境的危害在于______（填以下项目的编号）。
A．破坏臭氧层 B．高温下能使一些金属钝化
C．造成酸雨 D．与人体的血红蛋白结合
②在含Cu+离子的酶的活化中心中，亚硝酸根离子（NO2-）可转化为NO，写出Cu+和亚硝酸根离子在酸性环境水溶液中反应的离子方程式：______。
③在常温下，把NO气体压缩到100个大气压，在一个固定的容器里加热到50℃，发现气体的压力迅速下降，压力降至略小于原压力2/3就不再改变，已知其中一种产物为N2O，写出上述变化的化学方程式______。
④解释变化③中为什么最后的气体总压力小于原压力的2/3______。
答 案
2．（1）Fe-2e=Fe2+；2H++2e=H2
（2）Cr2O7+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
（3）不能，因为用石墨电极，阳极Cl-放电，不能产生还原剂Fe2+
3．C
4．①2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O
5．①A、C、D ②Cu++NO2-+2H+=Cu2++NO↑+H2O
④存在化学平衡2NO2 N2O4
学科之间可以相互迁移的实例很多，解决这些问题的方法也很多，关键是学习者自己做这方面的有心人，学习者在学习中要注意各学科知识之间的相互渗透、相互利用，要有“大学科”的观念，打破各学科界限，学好各学科基础知识，提高解决问题的综合能力。
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