高中化学计算总结.docx
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高中化学计算总结
[化学计算例题与练习]
一.化学计算的技巧
一般指的是各种基本计算技能的巧用。
主要有?
①关系式法,②方程或方程组法,③守恒法,④差量法,⑤平均值法,⑥极值法,⑦讨论法,⑧十字交叉法等。
一、关系式法
关系式法是根据化学方程式计算的巧用,其解题的核心思想是化学反应中质量守恒,各反应物与生成物之间存在着最基本的比例(数量)关系。
【例题1】 某种H和CO的混合气体,其密度为相同条件下
再通入过量O2,最后容器中固体质量增加了 [ ]
A.3.2g B.4.4g
C.5.6g D.6.4g
分析:
此题宜根据以下关系式巧解:
氢气反应进入固体,氧气出来了
固体增加的质量即为H2的质量。
固体增加的质量即为CO的质量。
所以,最后容器中国体质量增加了3.2g,应选A。
解析此题估算即可。
解题关键是找出反应中量的关系。
【例题2】 FeS2与硝酸反应产物有Fe3+和H2SO4,若反应中FeS2和HNO3物质的量之比是1∶8时,则HNO3的唯一还原产物是 [ ]
A.NO2 B.NO C.N2O D.N2O3
分析:
此题运用氧化还原关系式计算。
反应中FeS2和HNO3的物质的量之比是1∶8,由于生成了Fe(NO3)3,则FeS2和被还原的HNO3的物质的量之比是1∶5。
设N元素的变价为x,可列以下氧化还原关系式并解析:
硫为-1价
该题关键是找出隐含的关系。
二、方程或方程组法
根据质量守恒和比例关系,依据题设条件设立未知数,列方程或方程组求解,是化学计算中最常用的方法,其解题技能也是最重要的计算技能。
*【例题3】 (MCE1999—24)用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液,当阴极上增重ag时,在阳极上同时产生bL氧气(标准状况),从而可知M的原子量为 [ ]
分析:
方程或方程组法是最常用最不易出错的化学计算方法。
阴阳两极的电极反应:
阴极:
4Mx++4xe=4M
阳极:
4xOH--4xe=2xH2O+xO2↑
设M的原子量为y
正确答案是C。
【例题4】 有某碱金属M及其相应氧化物的混合物共10g,跟足量水充分反应后,小心地将溶液蒸干,得到14g无水晶体。
该碱金属M可能是 [ ]
A.锂B.钠C.钾D.铷
(锂、钠、钾、铷的原子量分别为:
6.94、23、39、85.47)
分析:
碱金属及其氧化物跟水反应的反应式关系分别是:
2M+2H2O=2MOH+H2↑M2O+H2O=2MOH此题有多种解法。
有以下特殊解法:
设M的原子量为x
解得42.5>x>14.5
分析所给锂、钠、钾、铷的原子量,推断符合题意的正确答案是B、C。
三、守恒法
化学方程式既然能够表示出反应物与生成物之间物质的量、质量、气体体积之间的数量关系,就必然能反映出化学反应前后原子个数、电荷数、得失电子数、总质量等都是守恒的。
巧用守恒规律,常能简化解题步骤、准确快速将题解出,收到事半功倍的效果。
*【例题5】某烃0.1mol,与在标准状况下为20L的氧气(过量)充分反应后,迅速将混合气体通入足量Na2O2粉末中,在一定设备中使气体完全反应,此时粉末增重15g。
经处理后得到气体14.4L(标准状况)。
该烃能使溴水褪色,试通过计算求出该烃的分子式,并写出可能的结构简式。
此题解法颇多,运用守恒法妙解
解:
设该烃的分子量为M
经分析可推断14.4L气体均为氧气。
根据质量守恒:
解得M=70
所以该烃化学式为C5H10。
因为该烃能使溴水褪色,故为烯烃。
戊烯共有5种可能的结构简式:
①CH2=CH—CH2—CH2—CH3
②CH3—CH=CH—CH2—CH3
*【例题6】 酸雨是因为过度燃烧煤和石油,生成的硫的氧化物与氮的氧化物溶于水生成硫酸和硝酸的缘故。
某次雨水的分析数据如下:
[Cl-]=6.0×10-6mol/L
[Na+]=3.0×10-6mol/L
则此次雨水的pH大约为 [ ]
A.3 B.4 C.5 D.6
此题结合环保考查化学计算,解题关键是我们应根据雨水中阴、阳离子所带负、正电荷守恒(溶液呈电中性)解析,建立解题思维
根据电荷守恒:
pH=-lg[H+]=5-lg8≈4
此题的正确答案为B。
四、差量法
找出化学反应前后某种差量和造成这种差量的实质及其关系,列出比例式求解的方法,即为差量法。
其差量可以是质量差、气体体积差、压强差等。
差量法的实质是巧用化学方程式计算的巧用。
此法的突出的优点是:
只要找出差量,就可求出各反应物消耗的量或各生成物生成的量。
【例题7】 (TCE1995—15)加热碳酸镁和氧化镁的混合物mg,使之完全反应,得剩余物ng,则原混合物中氧化镁的质量分数为 [ ]
此题宜用差量法解析:
设MgCO3的质量为x
MgCO3
mgO+CO2↑混合物质量减少
应选A。
【例题8】 150℃时,将1L混合烃与9L氧气混合,在密闭容器内充分燃烧,当恢复至150℃,体积恒定时,容器内压强增大8%,则该混合烃的组成是 [ ]
A.甲烷与乙烷体积比是1∶4
B.丙炔与乙炔体积比是1∶4
C.乙烯与丁烷体积比是1∶4
D.乙烯与丁烯体积比是1∶4
分析:
此题考查思维的灵活性及严密性。
宜运用差量法解析。
应注意:
①150℃时水呈气态,②容器内压强增大8%即为气体物质的量增大8%。
设此混合烃的平均分子组成为CxHy
根据氢原子数判断,选项A、B可排除。
运用十字交叉法,推断C、D中哪个选项符合题意?
此题正确答案为D。
运用差量法求出组成中平均氢原子数是7.2,是解题关键。
五、平均值法
平均值法是巧解方法,它也是一种重要的解题思维和解题
断MA或MB的取值范围,从而巧妙而快速地解出答案。
【例题9】由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物10g与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2L,则混合物中一定含有的金属是 [ ]
A.锌B.铁C.铝D.镁
分析:
此题可运用平均值法巧解。
各金属跟盐酸反应的关系式分别为:
Zn—H2↑ Fe—H2↑
2Al—3H2↑ Mg—H2↑
若单独跟足量盐酸反应,生成11.2LH2(标准状况)需各金属质量分别为:
Zn∶32.5g;Fe∶28g;Al∶9g;Mg∶12g。
其中只有铝的质量小于10g,其余均大于10g,说明必含有的金属是铝。
应选C。
*【例题10】 含有杂质的乙烯2.8g,与氢气发生加成反应时,充分反应后用去氢气0.25g,则乙烯中所含杂质可能是 [ ]
A.乙炔 B.1,3-丁二烯
C.丙烷 D.甲烷
分析:
此题考查有机物分子式的确定,解析此题的思路是可运用反应量平均值法解析
由于2.8g纯乙烯加氢消耗氢气质量为0.20g,已知2.8g样品气体加氢用去氢气0.25g,说明2.8g杂质加氢消耗氢气质量必大于0.25g。
丙烷、甲烷不能发生加成反应。
正确答案是A。
【例题11】 现有某氯化物与氯化镁的混合物,取3.8g粉末完全溶于水后,与足量的硝酸银溶液反应后得到12.4g氯化银沉淀,则该混合物中的另一氯化物是 [ ]
A.LiCl B.KCl
C.CaCl2 D.AlCl3
分析:
若3.8g纯MgCl2生成AgCl沉淀的质量为:
说明3.8g纯净某氯化物所生成AgCl沉淀质量必大于12.4g。
即1molCl-所结合其它金属阳离子质量应小于12g(Mg2+质量)。
因为1molCl-所结合Li+、K+、Ca2+Al3+质量分别为7g、39g、20g、9g。
所以LiCl、AlCl3为可能。
选A、D不正确。
因为:
1molCl-结合Li+、Al3+的质量小于12g并不是充分必要条件,还必须分别严密计算3.8gLiCl、3.8gAlCl3分别生成AgCl沉淀的质量是否大于12.4g。
3.8gLiCl生成AgCl沉淀质量为:
3.8glCl3生成AgCl沉淀质量为:
所以只有A选项符合题意。
此题既考查思维的敏捷性,又考查思维的严密性。
六、极值法
巧用数学极限知识进行化学计算的方法,极值法即化学与数学极限运算的结合的方法。
*【例题12】 有一系列α-氨基酸按如下特点排列:
该同系列中所含碳元素的质量分数最大值接近 [ ]
A.32.0% B.46.6%
C.85.7% D.92.3%
分析:
此题欲求w(C)的最大值,明显为求极值问题。
仔细审题,认真分析此一系列α-氨基酸的结构特点。
此题可以用极限法求碳元素质量分数的最大值。
该同系列通式为:
若n→∞
正确答案为C。
七、十字交叉法
若用A、B分别表示二元混合物两种组分的量,混合物总量为A+B(例如mol)。
若用xa、xb分别表示两组分的特性数量(例如分子量),x表示混合物的特性数量(例如相对平均分子质量)则有:
十字交叉法是二元混合物(或组成)计算中的一种特殊方法,它由二元一次方程计算演变而成。
若已知两组分量和这两个量的平均值,求这两个量的比例关系等,多可运用十字交叉法计算。
使用十字交叉法的关键是必须符合二元一次方程关系,能列出二元一次方程。
它多用于下列计算?
(特别要注意避免不明化学涵义而滥用。
)
①有关两种同位素原子个数比的计算。
②有关混合物组成及平均式量的计算。
③有关混合烃组成的求算。
④有关某组分质量分数或溶液稀释的计算等。
【例题13】 已知自然界中铱有两种质量数分别为191和193的同位素,而铱的相对平均原子质量为192.22,这两种同位素的原子个数比应为 [ ]
A.39∶61 B.61∶39
C.1∶1 D.39∶11
分析:
此题可列二元一次方程求解,但运用十字交叉法最快捷:
【例题14】 一定量的乙醇在氧气不足的情况下燃烧,得到CO、CO2和水的总质量为27.6g,若其中水的质量为10.8g,则CO的质量是 [ ]
A.1.4g B.2.2g
C.4.4g D.在2.1g和4.4g之间
分析:
此题考查有机物的不完全燃烧,解析过程中可运用十字交叉法:
(方法一)CO与CO2总质量:
27.6g-10.8g=16.8g
生成CO、CO2共0.2mol×2=0.4mol
m(CO)=28g/mol×0.05mol=1.4g
答案:
A
另一种解法:
(方法二)
列关系式C2H5OH——3H2O
1mol 54g
x 10.8g
解得x=0.2mol
设0.2mol乙醇不充分燃烧,生成CO、CO2的物质的量分别为y、z
则CO质量为:
28g/mol×0.05mol=1.4g
还有其他解法。
【例题15】 右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和B图6-1的混合气体,则C中n(A)∶n(B)为 [ ]
A.2∶1 B.1∶2
C.1∶1 D.任意比
分析:
仔细地观察图示,认真地分析数据,分析图象可以看出:
1molA完全燃烧消耗0.5molO2
1molB完全燃烧消耗2molO2
1molC(C是A、B混合气)完全燃烧消耗1molO2
可以利用1mol气体燃烧耗O2进行十字交叉计算:
应选A
此题较全面地测试了观察能力、自学能力和思维能力。
如何快速解出此题。
八、讨论法
讨论法是一种发现思维的方法。
解计算题时,若题设条件充分,则可直接计算求解;若题设条件不充分,则需采用讨论的方法,计算加推理,将题解出。
【例题16】 在30mL量筒中充满NO2和O2的混合气体,倒立于水中使气体充分反应,最后剩余5mL气体,求原混合气中氧气的体积是多少毫升?
分析:
最后5mL气体可能是O2,也可能是NO,此题需用讨论法解析。
因为:
最后剩余5mL气体可能是O2;也可能是NO,若是NO,则说明NO2过量15mL。
解法
(一):
设30mL原混合气中含NO2、O2的体积分别为x、y
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
原混合气体中氧气的体积可能是10mL或3mL。
解法
(二):
设原混合气中氧气的体积为y(mL)
(1)设O2过量:
根据4NO2+O2+2H2O=4HNO3,则O2得电子数等于NO2失电子数。
(y-5)×4=(30-y)×1
解得y=10(mL)
(2)若NO2过量:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4y y
3NO2+H2O=2HNO3+NO
5
因为在全部(30-y)mLNO2中,有5mLNO2得电子转变为NO,其余(30-y-5)mLNO2都失电子转变为HNO3。
O2得电子数+(NO2→NO)时得电子数等于(NO2→HNO3)时失电子数。
解法
(一)是讨论法结合方程组法。
解法
(二)根据得失电子守恒,利用阿伏加德罗定律转化信息,将体积数转化为物质的量简化计算。
凡氧化还原反应,一般均可利用电子得失守恒法进行计算。
无论解法
(一)还是解法
(二),由于题给条件不充分,均需结合讨论法进行求算。
4y+5×2=(30-y-5)×1
解得y=3(mL)
原氧气体积可能为10mL或3mL