高中化学竞赛培训课件(化学计算) 6页

高中化学竞赛培训课件(化学计算)高中化学竞赛培训化学计算一、化学计算公式1.有关化学式的计算（（1））根据化学式求各元素的质量比及元素的质量分数。。?元素%=?元素的相对原子质量原子个数化合物的式量???%（（2））一定质量化合物（或混合物）中某元素质量的相互换算。。??=?化合物化合物中?%??=?混合物纯度化合物中?%纯度%=纯净?(混合物)???%（（3））根据混合物中某元素的质量分数求某组分的纯度。（前提是杂质中不含该元素）纯度%=混化合物中?元素的质量分数???%（（4））根据化合物中元素质量比求化合物的化学式。若化合物为AxBy?:?=?(?)?的相对原子质量：?(?)?的相对原子质量或者???∙?的相对原子质量=(?)?(?)2.有关溶液的计算（11）已知一定温度时饱和溶液中溶质、溶剂（或溶液）的质量求某溶质的溶解度。????=质)?(溶剂)，????+?=质)?(溶液)（（22））关于溶质质量分数的计算关于溶质质量分数的计算?%=质)?(溶液)???%?%=?(溶质)?溶质+?(溶剂)???%（（3））浓溶液与稀溶液混合的计算?浓溶液?%浓+?稀溶液?%稀=?浓溶液+?(稀溶液)?%(混)（（4））溶解度与物质的量浓度换算式式?=???∙???，?=????+????%3.有关物质的量的计算（11）物质的量与其他量之间的换算恒等式?=??=?(?)??=???=?(溶液)??(???+?)=?∙?(溶液)（（22））溶液稀释定律定律?浓?浓=?稀?稀；?（浓）?（浓）=?（稀）?（稀）（33）溶解度与物质的量浓度的换算?=????∙?∙??(???+?)，?=????????????（（44））质量分数与物质的量浓度的换算换算?=????∙?∙??，?=???????二、几种典型问题的解决思维方法1.溶解度问题【例题】已知ttooCC时，s(CuSO44)=20g/100g水。现有ttooCC时250gCuSO44的饱和溶液，若向其加入16g无水CuSO44粉末，充分搅拌后仍保持在ttooCC，此时可析出胆矾晶体多少克？【分析】始态：原CuSO44的饱和溶液中，m?????=????????+???，m溶液=???g终态：设析出CuSO44˙5H22OO晶体的质量为xg，析出晶体后，饱和溶液剩余的质量为（250+16--xx）gg，则从饱和溶液中剩余溶质（CuSO44）的质量为：（（22???????+??+??--xx??????）gg?????+??=22???????+??+???????????+???得：x=28.2(g)始态终态法【练习】物质A的溶解度为：60oC时为49/100g水，10oC时为7.0g/100g水。现有447g60oC时A物质的饱和溶液，若将它加热蒸发掉150g水，再冷却到10oC，可以析出A晶体多少克？？【分析】】解题方法一：是根据先蒸发后降温的分步计算解题方法二是始态终态法，以下用始态终态法解。始态：原饱和溶液中，m(A)=44749/(100+49)=147(g)m(H2O)=447-147=300(g)\n终态：设析出晶体A后，剩余饱和溶液（母液）中含A的质量为x。????=????????=??.??共析出晶体的质量=14710.5=136.5(g)2.二组分问题【例题】某氯化钾和氯酸钾的混合物中含氯的质量分数为为35.5%，求该混合物中含氯酸钾的质量分数。。【分析】】常规思路：Cl%K%O%KClO3%（65.1%）十字交叉法（进行二组分混合物平均量与组分量计算的一种简便方法）MM1MM22--Mn11MMMM22MM--MM1nn22式中，MM表示混合物的某平均量，MM11、MM22则表示两组分对应的量（MM22M11），nn11、nn22表示两组分在混合物中所占的份额。【练习】要使Wg10%的食盐溶液的浓度增大一倍，可加入g25%食盐溶液。M2MMM1=?1?22W3.多步反应问题【例题】取取ag铜粉，在空气中加热使其充分反应，将生成物溶解在适量的稀硫酸中，然后将溶液小心蒸发、冷却结晶，问理论上最后可以得到多少克胆矾？？【分析】设可生成胆矾质量为x。???+??≜????CuO+H2SO4=CuSO4+H2O得：Cu~CuO~CuSO4~CuSO45H2O64250agx????=????，?=?.????对连续进行多步的反应，或相关的并行反应的计算题，应该找出反应物与最终生成物之间的比例关系（化学计量数之间的关系），列出关系式，然后求解。关系式法【练习】取取4.8g碳粉，在空气中加热使其充分反应，的将生成的气体通入过量的Ca(OH)2溶液后过滤，将沉淀干燥，之后高温加热，求理论上最后可以得到多少克生石灰？？【分析】设可生成生石灰质量为x。C~CO2~CaCO3~CaO12564.8gx???.??=???，?=??.??4.部分反应问题【例题】一种含有MgCl2和和CaCl2的试样，质量为19.8g。把它溶于水后，加入840mL0.5mol/LAgNO3溶液。反应完全后，把生成的沉淀滤出，在滤液中放入一块质量为80g的铜片。待反应完全后，取出铜片，洗涤、干燥，称其质量为81.52g。。求试样中中MgCl2、、CaCl2的质量分数。。【分析】反应后的铜片是铜与银的混合物，反应前后的质量之差1.52g=析析出的银质量出的银质量反应的铜质量反应的铜质量，应用差量法解答：Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2△m64216152xy1.52解得x=0.64g，y=2.16g。与与MgCl2和和CaCl2反应的AgNO3的物质的量的物质的量=0.84?.?2.16/108=0.4mol设设MgCl2的物质的量为m，CaCl2的物质的量为n。???+????=??.???+??=?.?，?=?.??????=?.?????m(MgCl2)=0.1595=14.25g，，m(CaCl2)=0.05111=5.55gMgCl2%=72%，CaCl2%=28%\n差量法在一定条件下，某些反应物只发生了一部分反应（或混合物中某些反应物发生反应），并没有完全反应，此类反应称为部分反应。由于反应物未全部反应，所以不能由原反应物的质量（或生成混合物的总质量）直接进行计算，而是由反应前后的差量进行计算。【练习】将质量为20.0g的铁片浸入到硫酸铜的溶液中，片刻后取出洗净干燥（假设生成的铜都附在铁片上），称得质量为20.4g，求反应掉的铁和生成铜的质量。【分析】设反应掉的铁的质量为x，生成铜的质量为y。Fe+CuSO4=FeSO4+Cu△m(质量增加)56646456=8xy20.420.0=0.4g???=??.?g，?=?.?????=??.?g，?=?.??5.不定因素问题【例题】】22.4g某金属M能与42.6g氯气完全反应，取等质量的该金属与稀盐酸反应，气可产生氢气8.96L（标准状况），求该金属的相对原子质量。。【分析】设设M跟氯气反应生成MClx，跟稀盐酸反应生成MCly。。2M+xCl2=2MClx2M+2yHCl=2MCly+yH22x2y22.4/M42.6/7122.4/M0.04得到式子：①M=18.7x②M=28y对①式和②式进行讨论可得，当x=3,y=2时，M=56当问题根据题设条件存在不定因素或最终只能得到不定方程，可通过分类讨论，并利用化学原理进行较少的计算，从而肯定可能的情况，使问题得到圆满的解决。讨论法【例题】已知H2S的燃烧反应有两种情况：：2H2S+3O2=2SO2+2H2O2H2S+O2=2S+2H2O1升H2S气体和a升空气混合后点燃，若反应前后气体的温度和压强都相同（（200℃，，101.3kPa）），试讨论当a的取值范围不同时，燃烧后气体的总体积V（（用含a的表达式表示，假设空气中氮气和氧气的体积比为4:1，，其他成分可忽略不计）的情况。。【分析】】a升空气中含氧气0.2aL、、含氮气0.8aL。。氮气不参加反应，体积保持不变。根据2H2S+O2=2S+2H2O，，若若1LH2S气体和和aL空气完全反应，则则a=2.5L，，下面进行讨论：①若若a2.5L，，硫化氢过量，，2H2S+O2=2S+2H2O，，所以V=1+a0.2a=1+0.8a(L)；；②若若a=2.5L，，恰好发生反应2H2S+O2=2S+2H2O，V=1+2.50.5=3(L);③若若a2.5L，，氧气过量，，2H2S+3O2=2SO2+2H2O，2H2S+O2=2S+2H2O，，可得可得V=3+a0.5=a+0.5(L).三、其他化学计算思维11..极值法【例题】某碳酸钠中混有另一种碳酸盐的杂质，取取10.0g某某碳酸钠样品跟足量盐酸充分反应，共产生二氧化碳4.4g，，则该样品中可能混有的杂质是（（）A.CaCO3B.MgCO3C.K2CO3D.ZnCO3【分析】设生成4.4gCO2需要Na2CO3的质量为x\n。Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO210644x4.4gx=10.6g因为y10.0g10.6g，，可推知生成10.0gCO2的另一种碳酸盐质量小于10.0g。。本题中只有MgCO3符合，只需8.4gMgCO3就可以产生4.4gCO2，故选B。此类问题依据是XmY，，一种是求出m后后，确定X与Y，，另一种是求出X与Y，，然后确定m。。此类问题往往涉及金属混合物跟酸反应、碳酸盐混合物、氯化物混合物及硫酸盐混合物等。。2.守恒法化学中存在多种守恒关系：：①化合物中正、负化合价总数守恒；；②溶液中阴、阳离子的电荷守恒；；③化学反应前后的质量守恒、元素种类及原子数的守恒；；④溶液稀释前后溶质质量守恒等。。【例题】已知足量的CO2跟跟NaOH溶液：CO2+NaOH=NaHCO3若将6.6gCO2通入含10.0gNaOH的溶液中，，CO2全部吸收，求反应后溶液中生成Na2CO3与与NaHCO3各多少克？？【分析】该题用元素质量守恒法解。m(CO2的的C)=m(Na2CO3中的C)+m(NaHCO3中的C)m(NaOH中的Na)=m(Na2CO3中的Na)+m(NaHCO3中的Na)设生成Na2CO3与与NaHCO3的质量分别为x与y。?.??????=??????+????????????=???????+?????得：x=10.6gy=4.2g运用数学工具二元一次方程组3.根据化学方程式的计算计算的依据是化学方程式与质量守恒定律。。化学方程式表明的数量关系：：①反应物与产物之间的质量比，等于各物质的式量乘以化学计量数之比比②化学计量数之比等于各分子的个数之比（或各物质的物质的量之比）【例题】往一定质量的Na2SO4溶液中加入等质量的BaCl2溶液，恰好完全反应，过滤出沉淀，洗净后干燥后称量，沉淀质量为原Na2SO4溶液质量的1/3。。求：（（1））原硫酸钠溶液中Na2SO4的质量分数；（（2））过滤后所得滤液中溶质的质量分数（假设滤液没有损失）。【分析】】（（1））设生成BaSO4沉淀的质量为233g。??????+?????=?????+?????142g233g258.5gm（Na2SO4溶液）=（142g/699g））100%=20.3%（（2）m（（滤液））=699g+699g233g=1165g????%=???.?????????%=??.?%无数据问题通过巧设数据解决四、热重分析曲线问题通过热重分析曲线，\n推测物质受热分解时产生的物质，一般根据通过分析失重质量分数和失重物质的理论式量，从而推断失重物质的可能组成。【例题】化合物[Cu(Pydc)(amp)]3H2O]的组成为C11H14CuN4O7，热重分析曲线表明，该化合物受热分解发生两步失重，第一个失重峰在200～250℃℃，失重的质量分数为15.2%。。第二个失重峰在400～500℃℃，的失重后的固态残渣质量为原化合物质量的20.0%。Pydc和amp是含有芳环的有机配体。通过计算回答：（（1））第一步失重失去的组分。（（2））第二步失重后的固态残渣是什么，解释理由。【分析】】（（1）H2OC11H14CuN4O7的式量约377.8，，失去3个水分子，失重质量分数理论值为为14.3%。（（2）CuO或Cu2O的混合物若残渣为CuO，，则失重质量分数为79.55/377.8=21.1%；若残渣为Cu2O，，则失重质量分数为143.1/(377.82)=18.9%，实验值为20%介于两者之间，故残渣是两者的混合物。【练习】对草酸氧钛钡[BaTiO(C2O4)24H2O]晶体进行热重分析，发现其分解过程包括三个阶段，对应的温度范围及失重率如下表所示：请通过计算说明第ii阶段的分解产物有哪些？一些物质的相对分子质量如下：热分解阶段温度/oC失重率/%i80~22016.1ii220~47022.4iii470~7509.7【分析】(197.34+79.87)/449.32100%=61.7%，与实验结果(116.1%22.4%=61.5%)很接近，故第ii阶段的分解产物有：CO2、CO、BaCO3、TiO2。第i阶段的失重率为16.1%，而377.24/449.32100%=84.0%，与实验结果(116.1%=83.9%)很接近，故第i阶段分解已失去H2O，第ii阶段的分解产物中无H2O。化学计算总结始态终态法十字交叉法关系式法差量法讨论法二组分问题溶解度问题多步反应问题部分反应问题不定因素问题几种典型问题的解决思维方法解决一般化学计算问题的思维方法：极值法、守恒法、化学方程式、数学方程（组）热重分析曲线问题需要熟记的相对原子质量和物质式量相对原子质量：HH：1CC：12NN：14OO：16Na：23Mg：24SS：32Cl：35.5KK：39Ca：40Fe\n：56Cu：64Zn：65Ag：108Ba：137物质式量：CO22::44CaCO33：100CuSO44：160CuSO445H22OO：250BaSO44：233Na22CO33：106MgCO33：104HH22SO44：98