化学计算有妙招(二)

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  高考通常会将化学计算穿插在各类题型中考査,主要以填空题形式出现,一般不要求写出具体过程或只要求写出其中某一问的解答过程〖化学单独命题考査的省份则要求有详细的解答过程〉。从近几年高考试题的内容上看,化学计算题主要可分为常规计算题、填空计算题和图表分析计算题。从计算类型上看,主要涉及多步反应的计算、混合物的计算、过量问题的计算、化合物组成的计算。抓住“量的关系”,选取恰当的解题方法,可以使问题准确、快捷地得以解决。
  ―、多步反应的计算
  对于多步反应体系,依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质之间量的关系,并据此列比例式进行计算求解的方法,称为“关系式”法。利用关系式法可以节省不必要的中间运算步骤。解题的关键是建立最简关系式。
  找最简关系式的依据:
  (1)利用微粒守恒关系建立关系式:若反应物中的某种元素全部进入最终生成物中,则根据元素质量守恒直接找出最简关系式。
  (2)利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式:若反应物中的元素只有部分或完全没有进入最终生成物中,则应依次写出相关反应的方程式,根据相关物质的计量数,找出最简关系式。
  (3)利用方程式的叠加:依次写出相关反应方程式,通过方程式叠加,将中间反应的反应物和生成物全部消除建立关系式。
  几个技巧:
  (1)化合物中某元素的损失率(利用率)等于该化合物的损失率(利用率)。
  (2)在同一反应中,产物的产率和原料的利用率相等。
  (3)对化工生产中多步反应的计算问题,只要把原料的损耗率、产率都归结为原料的利用率,再把不同物质的利用率归结为同一种物质的利用率,便可大大简化解题步骤。
  例1实验室可由软猛矿〔主要成分为MnO2〕制备KMnSO4,方法如下:软锰矿与过量固体KOH和KClO3在高温下反应,生成猛酸钾(K2MnSO4)和KCl用水溶解,滤去残渣,滤液酸化后得KMnSO4。请回答:
  〔1〉软锰矿制备K2MnSO4的化学方程式是;
  (2)K2MnSO4制备KMnSO4的离子方程式是 ;
  (3)若用2.5g软锰矿(含MnO280%)进行上述实验,计算KMnSO4的理论产量;
  (4) KMnSO4能与热的经疏酸酸化的Na2C2O4反应生成Mn+和CO2,该反应的化学方程式是;
  上述制得的KMnSO4产品0.165g,恰好与0.335g纯Na2C2O4反应完全,计算该KMnSO4的纯度。
  解析:(1)反应中的变价元素是锰和氯,锰元素由+4价升高为+6价,氯元素由+5价降低到-1价,根据化合价升降总数相等,参加反应的二氧化锰和氯酸钾的物质的量之比为3:1。故该反应的化学方程式是:
  3MnO2+ KClO3+6KOH 3K2MnSO4+KCl+3H2O
  (2)根据化合价变化和电荷守恒可写出并配平该离子方程式:
  3MnO42-+4H+ MnO2↓+2MnO4-+2H2O
  (3)根据(1)和(2)中的两个方程式可以得到关系式:
  二、混合物組成的计算
  混合物的计算多以二元或三元混合物发生多步反应的形式出现。解题过程中必须仔细审题,理清各物质之间量的关系,最好能通过画方框图帮助审题。解混合物计算题的常规解法要注意六个字一“巧设、写全、直标”。巧设:以设摩尔为最佳;写全:依次写出各有关反应的化学方程式;直标:
  将相关物质的物质的量直接标在方程式下边。最后根据题意,列出二元或三元一次方程组求解。
  例2在隔绝空气的条件下,某同学将一块部分被氧化的钠用一张已除去氧化膜,并用针刺一些小孔的铝箔包好,然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。待钠块反应完全后,在容器中共收集到1.12L氢气(标准状况),此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27g,水槽和容器内溶液的总体积为2.0L,溶液中NaOH的浓度为0.050 mol•L-1(忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量)。试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数。
  解析:
  参加反应的铝的质量为0.27g,其物质的量为0.010mol.该钠块中含x molNa、y molNa2O,则:
  利用各种守恒关系进行解答也是解有关混合物计算题的有效方法。
  三、过记问越的计钌
  解决过量问题,关键是要做好对过量物的判断。判断过量物的方法很多,一般以其中一种物质的量为标准,计算恰好完全反应时需要另一种反应物的量,然后进行比较,得出过量物质。如果两种反应物之间只能发生一步反应,以不足量物质为标准计算即可;如果两种反应物之间可连续发生多步反应,应先计算出临界值,然后分情况讨论计算。其一般步骤为:(1)写出恰好完全反应的总反应式;(2〕根据恰好完全反应的总反应式,计算出临界值,从而确定要讨论的区间和范围(可在数轴上标出〕;(3〕分情况讨论计算。计算时,一般先计算某种反应物不足的情况,再计算两种反应物都耗尽的情况。
  例3将巧nmol木炭粉与1mol氧化亚铁在反应器中混合,隔绝空气加强热。
  (1)若n<1/2,充分反应后,反应容器中的固体物质是 ,气体产物是 ;
  (2)若n>1,充分反应后,反应容器中的固体物质是,气体产物 ;
  (3)若反应的气体产物是混合物,n的取值范围是;
  (4)若反应的气体产物是混合物,且混合物中CO和CO2的物质的量相等,则n值为 。
  解析:随着反应物相对量的不同,木炭和氧化亚铁之间可以发生如下两个总反应:
  刚好发生反应(1)时,n=1.0mol,∴当n≥1.0mol时,只发生反应(1);刚好发生反应(2)时,n=0.5mol,,∴当n≤0.5mol时,只发生反应(2);当0.5mol  (1)若n<0.5,FeO过量,只发生反应⑵,反应容器中的固体物质是Fe、FeO,气体产物是C02。
  (2)若n>1,C过量,只发生反应(1),反应容器中的固体物质是Fe、C;气体产物是C0.
  (3)若0.5  (4)若反应的气体产物是混合物,则(1)、(2)两个反应都发生,一部分反应物发生反应(1),一部分发生反应⑵,此时两种反应物都消耗完了。这种情况可以分两个方程式分别计算,也可用直写方程式的方法计算。设产生的C0、C02都是x mol,则有:FeO+nC Fe+xCO+XCO2.
  由C守恒:x+x=n(1)
  由O守恒:x+2x=1 (2)
  联立(1)、(2)解得:n=2/3.
  四、化合物組成的计算
  要确定化合物的组成必须要解决两个问题:一是组成微粒(或元素)的种类;二是各组成微粒的个数。因此,解求化合物组成的计算题首先应分析其可能的组成微粒,然后通过计算或讨论确定一定量的该物质中各组成微粒物质的量之比,进而确定该物质的化学式。在解题过程中,通常要用到质量守恒、电荷守恒等解题技巧。
  例4达喜的化学成分是铝和镁的碱式盐。
   (1)取该碱式盐3.01g,加入2.0 mol•L-1盐酸使其溶解,当加入盐酸42.5mL时开始产生CO2,加入盐酸至45.0mL时正好反应完全。
  (2)在上述碱式盐溶于盐酸后的溶液中加入过量氢氧化钠,过滤,沉淀物进行干燥后重1.74g。若该碱式盐中氢元素的质量分数为0.040,试推测碱式 盐的化学式。
  解析:达喜是铝和镆的碱式盐,其组成中一定含有Al3+、Mg2+和OH-,该碱式盐与足量盐酸反应放出CO2,其组成中一定还含CO32-、可能还含有结晶水。在该碱式盐中加入盐酸,发生反应的先后顺序为:
  五、图表分析计算题
  突破图表分析计算题的关键是准确分析图表信息,弄懂物质的组成、反应的进程和反应中量的关系,然后选用正确的数据和恰当的方法进行计算。
  例5 钢铁工业是国家工业的基础。某中学社会实践活动小组利用假期对当地钢铁厂进行了调研。请您对社会实践活动小组感兴趣的问题进行计算:
  取某钢样28.12g(:假设只含Fe、C),在氧气流中充分反应,得到CO2气体224mL(标准状况)。
  (1)计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比。
  (2)再取此三份不同质量的钢样粉末分别加到100mL相同浓度的H2SO4溶液中,充分反应后,测得实验数据如下表所示:
  实验序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
  加入钢样粉末的质量 2.812 5.624 8.436
  生成气体的体积(L)(标准状况) 1.120 2.240 2.800
  计算硫酸的物质的量浓度。
  (3)若在实验II中继续加入mg钢样粉末,计算反应结束后剩余的固体质量(用含m的代数式表示)
  解析:(1)设28.12g钢样中含xmolFe、ymolC, 则有:
  56x+ 12y= 28.12 (1)
  y=0.224L/22.4 mol•L-1(2)
  联立(1)、(2)解得:x=0.5mol,y=0.01mol。
  n(Fe):n(C)=0.5mol:0.01mol=50:1.
   (2)图表分析型过量问题的计算。从表中数据分析可以看出:实验I、II中,产生气体的体积与钢样的质量成正比;II、III中钢样质量增加,气体体积也在增加,但并不成比例。故实验I、II中硫酸过量, 实验III中硫酸不足。要计算硫酸的浓度应该选取硫酸完全反应的实验III数据。
  Fe + H2SO4 FeSO4 + H2↑
   1mol22.4L
   n(H2SO4)2.800L
  解得n(H2SO4)=0.125mol,则
  〔3〕过量问题计算,首先应找出硫酸刚好完全反 应时的m值。由〔1〕计算可知:实验II中5.624g钢样中含0.10molFe,mg钢样中含 ,
  则:,m=1.406g.
  当m>1.406g时,钢样粉末中的铁未全部溶解, 剩余固体质量为:〔5.624g + mg〕-0.125mol 56 =(m-1.376)g
  当m<1.406g时,钢样粉末中的铁全部溶解,剩余固体质量为: .
  更正:《求学》2011年第3期理科版P66《化学计算有妙招(一)》例8的正确答案为B。
  •唐宋诗词之“最”•最高的楼——不敢高声语,恐惊天上人。(李白)
  •英文常识•英国人习惯将教名和中间名全部缩写,如 M. H Thatcher;美国人则习惯于只缩写中间名,如 Ronald W. Reagan.
  •英文常识•英语单词的数量:对于其准确数量,是很难统计的。不过语言学家一般认为,英语单词的数量,如果不包括专用词汇、人名、地名等,大约有17万个左右。可是其中约有7万个单词是已经或者即将被淘汰的,所以大致数量是10万个。
  
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