高考复习 化学计算 10页

‎ 化学计算 一、化学基本计算方法 ‎1．差值法 ‎ 当反应前后固体或液体的质量发生变化时或反应前后气体的压强、密度、物质的量、体积等发生变化时可用差量法计算。‎ ‎[例1] 在天平左右两盘上各放一只同等规格的烧杯，烧杯内均盛有 1.00 mol· L－1的 H2SO4（aq）100.0 mL，调节天平使其处于平衡状态，然后向两只烧杯内分别放入少量的镁粉和铝粉（设镁、铝的质量分别为a g和b g），假定反应后天平仍处于平衡状态，则：‎ ‎(1)a、b应满足的关系式为 ； ‎(2)a、b的取值范围为 。‎ ‎[练习] 将上题中的：“少量镁粉和铝粉”改为：少量镁粉、过量铝粉，其他不变，试求之。‎ ‎[练习] 已知 NH3 和 Cl2 相遇，发生下列反应：‎ ① ‎8NH3＋3Cl2 ==== N2＋6NH4Cl (NH3过量)‎ ‎②2NH3＋3Cl2==== N2＋6HCl (Cl2过量)‎ 今向过量的 NH3 中通入少量的 Cl2。若开始时 Cl2、NH3 混和气体中 Cl2 的体积分数为 x，混合气体反应前后的体积分别是 a L 和 y L。则：‎ ‎(1)x 的取值范围是__________________；‎ ‎(2)y 与x 的函数关系是__________________。‎ ‎2．和量法 与差量法相反，为解决问题方便，有时需要将多个反应物(或生成物)合在一起进行计算。‎ ‎[例2] 在一密闭容器中，放入(NH4)2CO3 和 NaOH 两种固体共 A g 将容器加热到 ‎200℃‎，经充分反应后排出其中气体，冷却称得剩余固体质量为 B g，求出不同组合范围内的(NH4)2CO3 和 NaOH 的质量填入下表。‎ A 与 B 关系 m［(NH4)2CO3］‎ m(NaOH)‎ ‎[练习] 取 ‎6.60 g NaHCO3 和 Na2O2 的固体混合物，在密闭容器中加热到 ‎250℃‎，经充分反应后排出气体，冷却后称得固体质量为 ‎5.30 g。计算原混合物中 Na2O2 的质量分数。‎ ‎3．守恒法 化学上，常用的守恒方法有以下几种：‎ ‎1.电荷守恒 溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数。即：阳离子物质的量(或浓度)与其所带电荷数乘积的代数和等于阴离子物质的量(或浓度)与其所带电荷数乘积的代数和。‎ ‎2.电子守恒 化学反应中(或系列化学反应中)氧化剂所得电子总数等于还原剂所失电子总数。‎ ‎3.原子守恒 系列反应中某原子(或原子团)个数(或物质的量)不变。以此为基础可求出与该原子(或原子团)相关连的某些物质的数量(如质量)。‎ ‎4.质量守恒 包含两项内容：①质量守恒定律；②化学反应前后某原子(或原子团)的质量不变。‎ 此外，还有物料平衡。‎ ‎[例3] 现有‎19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3组成的混合物，将它完全溶解在540 mL 2.00 mol·L－1的H2SO4溶液中，收集到标准状况下的气体‎8.96 L。已知混合物中，Fe、FeO、Al、Al2O3的质量分数分别为0.284、0.183、0.274和0.259。欲使溶液中的金属阳离子完全转化为氢氧化物沉淀，至少应加入2.70 mol·L－1的NaOH(aq)体积是________‎ ‎[练习] A、B、C三种物质各‎15 g，发生如下反应：‎ A＋B＋CD 反应后生成D的质量为‎30 g。然后在残留物中加入‎10 g A，反应又继续进行，待反应再次停止，反应物中只剩余C，则下列说法正确的是( )‎ A.第一次反应停止时，剩余B ‎‎9 g B.第一次反应停止时，剩余C ‎‎6 g C.反应中A和C的质量比是5∶3‎ D.第二次反应后，C剩余‎5 g ‎4.估算法 估算就是不算，估算法是通过推理、猜测得出答案的一种方法。‎ ‎[例4] 将质量分数为 0.052(5.2%)的 NaOH(aq)‎1 L(密度为 ‎1.06 g·cm－3)用铂电极电解，当溶液中 NaOH 的质量分数改变了 0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是( )‎ NaOH的质量分数 阳极析出物的质量/g 阴极析出物的质量/g A ‎0.062(6.2%)‎ ‎19‎ ‎152‎ B ‎0.062(6.2%)‎ ‎152‎ ‎19‎ C ‎0.042(4.2%)‎ ‎1.2‎ ‎9.4‎ D ‎0.042(4.2%)‎ ‎9.4‎ ‎1.2‎ ‎[练习] 图中横坐标表示完全燃烧时耗用可燃气体 X(X = A、B、C)的物质的量 n(X)，纵坐标表示消耗 O2 的物质的量 n(O2)，A、B 是两种可燃性气体 ，C 是 A、B 的混合气体，则 C 中：n(A)∶n(B)为( )‎ A.2∶1 B.1∶2‎ C.1∶1 D.任意 ‎ ‎ ‎ ‎5．关系式法 ‎ 关系式法是根据化学方程式计算的诸法中较主要的一种方法，它可以使多步计算化为一步完成。凡反应连续进行，上一步反应的产物为下一步反应的反应物的反应，，绝大多数可用关系式法解决。寻找关系式的方法，一般有以下两种：‎ 出各步反应的方程式，然后逐一递进找出关系式；据某原子守恒，直接写出关系式。‎ ‎[例5] 某化肥厂以氨为原料制备 NH4NO3，已知由氨制 NO 的产率是 96%，NO 制硝酸的产率是 92%，求制硝酸所用去的氨的质量占总耗氨的质量分数是多少？‎ ‎6．虚拟法 所谓虚拟法，就是在分析或解决问题时，根据需要和可能，虚拟出能方便解题的对象，并以此为中介，实现由条件向结论转化的思维方法。‎ ‎[例6] 600 K时，在容积可变的透明容器内，反应2HI(g)I2(g)＋H2(g)达到平衡状态A。保持温度不变，将容器的容积压缩成原容积的一半，达到平衡状态B。‎ 图8—1‎ ‎(1)按图8—1所示的虚线方向观察，能否看出两次平衡容器内颜色深浅的变化?并请说明理由。‎ 答： ‎ ‎(2)按图8—1所示的实线方向观察(活塞无色透明)，能否看出两次平衡容器内颜色深浅的变化?并请说明理由。‎ 答： ‎ ‎[练习] 在一定温度和压强下，某容器内存在如下平衡(平衡 A)：‎ ‎2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)‎ 这是工业合成尿素的反应。如果将容器的容积缩小为原来的 1/3，则达到平衡时(平衡 B)下列说法一定正确的是( )‎ A.气体的平均式量比原来大 B.气体的平均式量比原来小 C.气体的平均式量与原来相等 D.依据题给条件无法确定 ‎7．平均值法 混合物的平均式量、元素的质量分数、生成的某指定物质的量总是介于组分的相应量的最大值M2与最小值M1之间，表达式为M1 < M < M2，已知其中两个量，可以确定另一个量的方法，称为平均值法。‎ ‎[例7] 有Zn和另一种金属组成的混合物4.5g，与足量的盐酸反应，放出所氢气0.2g，则另一种 种种金属可能是（ ）‎ A．Al B. Mg C. Zn D. Cu ‎ ‎8．极值法 就是将复杂的问题假设为处于某一个或某两个极端状态，并站在极端的角度分析问题，求出一个极值，推出未知量的值，或求出两个极值，确定未知量的范围，从而使复杂的问题简单化。其主要应用于：‎ ‎（1）用极值法确定混合气体的平均相对分子质量；‎ ‎（2）用极值法确定物质的质量；‎ ‎（3）用极值法确定物质的成分；‎ ‎（4）用极值法确定反应中反应物、生成物的取值范围；‎ ‎（5）用极值法确定杂质的成分。‎ ‎ 解题一般思路：‎ ‎（1）根据题目给定的条件和化学反应原理，确定不确定条件的范围；‎ ‎（2）计算相应条件下的最大值或最小值；‎ ‎（3）综合分析得出正确答案 ‎[例8] 将一严重锈蚀部分变成铜绿的铜块研磨成粉末，在空气中充分灼烧成氧化铜，固体质量的变化情况可能是（ ）‎ A．增重30% B．增重10% C．不变 D．减轻30%‎ ‎ ‎ ‎9．讨论法 ‎[例9] 接触法制排放的尾气中，含有少量的，为防止污染空气，在排放前设法进行综合利用。‎ ‎（1）某硫酸厂每天排放（换算成标况下体积）尾气中含（体积分数）的。问用氢氧化钠溶液、石灰及氧气处理后，假设元素不损失，理论上可得多少千克石膏（）‎ ‎（2）如果将一定体积的尾气通入的溶液使其反应，经测定所得溶液含溶质。试分析溶液的成分，并计算确定各成分的物质的量。‎ ‎（3）工厂在尾气处理制石膏的过程中，中间产物是亚硫酸氢钠。调节尾气排放的流量，以取得与间物质的量的最佳比值，从而提高亚硫酸氢钠的产量。现设，，分别表示、、的物质的量，且，试写出在不同取值范围时，的值或与、间的关系式，并填写下表：‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎[练习] 将和置于一个容积可变的容器内进行反应。维持容器内气体的压强不变（101千帕），在‎120℃‎下测得反应前后容器内气体的密度分别为和。若的取值不同，则的氧化产物可能有如下三种情况：‎ ‎（1）全部是，此时的取值范围是 。‎ ‎（2）全部是S，此时的取值范围是 ，并且 （填小于、大于或等）。‎ ‎（3）部分是，部分是S，此时的取值范围是 ，反应所生成的 的物质的量为 ，容器内气体的物质的量之和为 。（以含的代数式表示）‎ ‎10．十字交叉法 十字交叉法在相关混合物的计算中，往往显得非常简捷、准确，如果我们都能熟练使用它，将会充分感受到解题的乐趣，甚至还有愉悦身心的感觉．但在运用这种方法时，也会出现意想不到的问题。‎ 在、‎120℃‎时，1LA、B两种烷烃组成的混合气体在足量中充分燃烧后得到同况同压下和，且A分子中比B少2个碳原子。试确定A和B的分子式和体积比？‎ 体验高考 ‎1. ［2012·江苏化学卷18］(12分)硫酸钠-过氧化氢加合物(xNa2SO4·yH2O2·zH2O)的组成可通过下列实验测定：①准确称取1.7700g样品，配制成100ml溶液A 。②准确量取25.00 ml溶液A，加入盐酸酸化的BaCl2溶液至沉淀完全，过滤、洗涤、干燥至恒重，得到白色固体0.5825g 。③准确量取25.00 ml溶液A，加入适量稀硫酸酸化后，用0.02000 mol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液25.00 ml。H2O2与KMnO4反应的离子方程式如下：‎ ‎2MnO4―＋5H2O2＋6H＋=4Mn2＋＋8H2O＋5O2↑‎ ‎(1)已知室温下BaSO4的Ksp=1.1×10－10，欲使溶液中c(SO42－)≤1.0×10－6 mol·L－1，应保持溶液中c(Ba2＋)≥ mol·L－1。‎ ‎(2)上述滴定不加稀硫酸酸化，MnO4―被还原成MnO2，其离子方程式为：‎ ‎ 。‎ ‎(3)通过计算确定样品的组成(写出计算过程)。‎ ‎2. ［2012·江苏化学卷20］(14分)铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。‎ ‎(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：‎ Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)=3AlCl(g)＋3CO(g) △H=a kJ·mol－1‎ ‎3AlCl(g)=3Al(l)＋AlCl3(g) △H=b kJ·mol－1‎ ①反应Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(l)＋3CO(g)的△H= kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。‎ ②Al4C3是反应过程的中间产物。Al4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方程式 。‎ ‎(2)镁铝合金(Mg17Al12)是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为 Mg17Al12＋17H2=17MgH2＋12Al。得到的混合物Y(17MgH2＋12Al)在一定条件下释放出氢气。‎ ①熔炼制备镁铝合金(Mg17Al12)时通入氩气的目的是 。‎ ②在6.0mol·L－1HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H2。1 mol Mg17Al12完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应，释放出H2的物质的量为 。‎ ③在0.5 mol·L－1 NaOH和1.0 mol·L－1 MgCl2溶液中，‎ 混合物Y均只能部分放出氢气，反应后残留固体物质X-射线衍射谱图如右图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。在上述NaOH溶液中，混合物Y中产生氢气的主要物质是 ‎ (填化学式)。‎ ‎(3)铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下 动力电源，其原理如右下图所示。该电池反应 的化学方程式为：‎ ‎ 。‎ ‎3.[2012·海南化学卷16］(9分) 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氧化钠辖液电解实验，如图所示。‎ ‎ 回答下列问题：‎ ‎ (1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为 、 。 (2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为 ；‎ ‎ (3)若每个电池甲烷通如量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 （法拉第常数F=9.65×l04C · mol-1列式计算)，最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。‎ ‎4.［2012·浙江理综化学卷28］(14分)过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂。某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案和装置示意图如下：‎ 已知：主反应 2Na2CO3 (aq) + 3H2O2 (aq) 2Na2CO3·3H2O2 (s) ΔH < 0‎ 副反应 2H2O2 = 2H2O + O2↑‎ 滴定反应 6KMnO4 + 5(2Na2CO3·3H2O2) +19H2SO4 = ‎ ‎ 3K2SO4 + 6MnSO4 +10Na2SO4 + 10CO2 ↑ + 15O2↑ + 34H2O ‎50 °C时 2Na2CO3·3H2O2 (s) 开始分解 请回答下列问题：‎ ‎（1）图中支管的作用是 。‎ ‎（2）步骤①的关键是控制温度，其措施有 、‎ ‎ 和 。‎ ‎（3）在滤液X中加入适量NaCl固体或无水乙醇， ‎ 均可析出过碳酸钠，原因是 。‎ ‎（4）步骤③中选用无水乙醇洗涤产品的目的 是 。‎ ‎（5）下列物质中，会引起过碳酸钠分解的有 。‎ A．Fe2O3 B．CuO ‎ C．Na2SiO3 D．MgSO4‎ ‎（6）准确称取0.2000 g 过碳酸钠于250 mL 锥形瓶中，加50 mL 蒸馏水溶解，再加50 mL 2.0 mol·L-1 H2SO4，用2.000×10-2 mol·L-1 KMnO4 标准溶液滴定至终点时消耗30.00 mL，则产品中H2O2的质量分数为 。‎ ‎5.［2012·四川理综化学卷28］（17分）甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比，设计了如下实验流程：‎ 制取氧气 装有足量干燥剂的干燥管 装有氧化铜的硬质玻管 盛有足量浓 硫酸的洗气瓶 测定生成氮 气的体积 试验中，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶和气体收集装置，立即加热氧化铜。反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的铜。‎ 下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D为盛有浓硫酸的洗气瓶。‎ 甲小组测得：反应前氧化铜的质量为、氧化铜反应后剩余固体的质量为、生成氮气在标准状况下的体积。‎ 乙小组测得：洗气前装置D的质量、洗气后装置后D的质量、生成氮气在标准状况下的体积。‎ 请回答下列问题：‎ ‎（1）写出仪器a的名称： 。‎ ‎（2）检查A装置气密性的操作是 。‎ 实验装置 实验药品 制备原理 甲小组 A 氢氧化钙、硫酸铵 反应的化学方程式为 ‎① ‎ 乙小组 ‎ ② ‎ 浓氨水、氢氧化钠 用化学平衡原理分析氢氧化钠的作用：‎ ‎③ ‎ ‎ ‎ ‎（3）甲、乙两小组选择了不同方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表空格中。‎ ‎（4）甲小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数之比为 。‎ ‎（5）乙小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值，其原因是 。 为此，乙小组在原有实验的基础上增加了一个装有药品的实验仪器，重新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体积，得出合理的实验结果。该药品的名称是 。‎