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1、
第1章專題--化學(xué)計(jì)算的常用方法
李仕才
專題講座一 化學(xué)計(jì)算的常用方法
方法一 電解質(zhì)溶液的計(jì)算法寶——電荷守恒法
涉及溶液中離子濃度的計(jì)算時(shí)常需用到電荷守恒,首先找出溶液中所有陽離子和陰離子,再根據(jù)陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)列等式。
如Al2(SO4)3、NH4NO3混合溶液的電荷守恒為
3c(Al3+)+c(NH)+c(H+)=2c(SO)+c(NO)+c(OH-)。
注意 一般情況下,列電荷守恒等式時(shí)不能忽略H+、OH-,但在計(jì)算時(shí),酸性溶液中常可忽略O(shè)H-,堿性溶液中常可忽略H+。
針對訓(xùn)練
1.(2017開封模擬)在硫酸鈉和硫酸鋁的混合溶液中
2、,Al3+的物質(zhì)的量濃度為0.2molL-1,SO為0.4molL-1,溶液中Na+的物質(zhì)的量濃度為( )
A.0.1molL-1 B.0.2molL-1
C.0.3molL-1 D.0.4molL-1
答案 B
解析 在任何溶液中,陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù),則有3c(Al3+)+c(Na+)=2c(SO),解得c(Na+)=0.2molL-1。
2.(2018阜陽質(zhì)檢)某硫酸鋁和硫酸鎂的混合液中,c(Mg2+)=2molL-1,c(SO)=6.5molL-1,若將200mL的此混合液中的Mg2+和Al3+分離,至少應(yīng)加入1.6molL-1的氫氧化鈉溶液(
3、 )
A.0.5LB.1.625LC.1.8LD.2L
答案 D
解析 根據(jù)電荷守恒得:
2c(Mg2+)+3c(Al3+)=2c(SO),
c(Al3+)=
=3molL-1,
加入氫氧化鈉溶液使Mg2+、Al3+分離,此時(shí)NaOH轉(zhuǎn)化為Na2SO4和NaAlO2,由電荷守恒得:
V(NaOH)=
=
=2L。
方法二 化學(xué)方程式計(jì)算中的巧思妙解——差量法
化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的量發(fā)生變化時(shí)均可用差量法。解題的一般步驟為
(1)準(zhǔn)確寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式;
(2)深入細(xì)致地分析題意,關(guān)鍵在于有針對性地找出產(chǎn)生差量的“對象”及“理論差量”。該“理論差量”可以是質(zhì)量
4、、物質(zhì)的量、氣體體積、壓強(qiáng)等,且該差量的大小與參加反應(yīng)的物質(zhì)的有關(guān)量成正比;
(3)根據(jù)反應(yīng)方程式,從“實(shí)際差量”尋找比例關(guān)系,列比例式求解。
針對訓(xùn)練
3.將12gCO和CO2的混合氣體通過足量灼熱的氧化銅后,得到氣體的總質(zhì)量為18g,求原混合氣體中CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
答案 原混合氣體中CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.5%。
解析 設(shè)原混合氣體中CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x。
CuO?。獵O Cu+CO2 氣體質(zhì)量增加(差量)
28g44g44g-28g=16g
12xg18g-12g=6g
=,解得x=0.875。
4.為了檢驗(yàn)?zāi)澈蠳aHCO3雜質(zhì)的Na2CO3樣品的純度,現(xiàn)將w1g樣
5、品加熱,其質(zhì)量變?yōu)閣2g,則該樣品的純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))是( )
A. B.
C. D.
答案 A
解析 由題意知(w1-w2)g應(yīng)為NaHCO3分解生成的CO2和H2O的質(zhì)量,設(shè)樣品中NaHCO3質(zhì)量為xg,由此可得如下關(guān)系:
284 62
x w1-w2
則x=,
故樣品純度為==。
5.(2018山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三模擬)16mL由NO與NH3組成的混合氣體在催化劑作用下于400℃左右可發(fā)生反應(yīng):6NO+4NH3??5N2+6H2O(g),達(dá)到平衡時(shí)在相同條件下氣體體積變?yōu)?7.5mL,則原混合氣體中NO與NH3的物質(zhì)的量之
6、比有四種情況:
①5∶3 ②3∶2?、?∶3?、?∶7。其中正確的是( )
A.①②B.①④C.②③D.③④
答案 C
解析 根據(jù)反應(yīng)前后氣體的總體積,可用差量法直接求解。
6NO+4NH3??5N2+6H2O(g) ΔV(氣體的體積差)
6mL 4mL 5mL 6mL (5+6)-(4+6)=1mL(理論差量)
9mL6mL17.5-16=1.5mL(實(shí)際差量)
由此可知共消耗15mL氣體,還剩余1mL氣體,假設(shè)剩余的氣體全部是NO,則V(NO)∶V(NH3)=(9mL+1mL)∶6mL=5∶3,假設(shè)剩余的氣體全部是NH3,則V(NO)∶V(NH3)=9mL∶(6mL+
7、1mL)=9∶7,但因該反應(yīng)是可逆反應(yīng),剩余氣體實(shí)際上是NO、NH3的混合氣體,故V(NO)∶V(NH3)介于5∶3與9∶7之間,對照所給的數(shù)據(jù)知3∶2與4∶3在此區(qū)間內(nèi)。
方法三 解答連續(xù)反應(yīng)類型計(jì)算題的捷徑——關(guān)系式法
關(guān)系式法是一種巧妙利用已知物與未知量之關(guān)系進(jìn)行解題的一種方法,一般適用于多步進(jìn)行的連續(xù)反應(yīng),因前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物,可以根據(jù)中間物質(zhì)的傳遞關(guān)系,找出原料和最終產(chǎn)物的相應(yīng)關(guān)系式。它是化學(xué)計(jì)算中的基本解題方法之一,利用關(guān)系式法可以將多步計(jì)算轉(zhuǎn)化為一步計(jì)算,免去逐步計(jì)算中的麻煩,簡化解題步驟,減少運(yùn)算量,且計(jì)算結(jié)果不易出錯(cuò),準(zhǔn)確率高。
(一)根據(jù)原子守恒找關(guān)
8、系式
6.(2017西安模擬)碳酸銅和堿式碳酸銅均可溶于鹽酸,轉(zhuǎn)化為氯化銅。在高溫下這兩種化合物均能分解成氧化銅。溶解28.4g上述混合物,消耗1molL-1鹽酸500mL。煅燒等質(zhì)量的上述混合物,得到氧化銅的質(zhì)量是( )
A.35gB.30gC.20gD.15g
答案 C
解析 碳酸銅和堿式碳酸銅均可溶于鹽酸,轉(zhuǎn)化為氯化銅,溶解28.4g混合物,消耗1molL-1鹽酸500mL,HCl的物質(zhì)的量為0.5mol,根據(jù)氯元素守恒則CuCl2的物質(zhì)的量為0.25mol。根據(jù)Cu元素守恒可知,原混合物中含有Cu元素的物質(zhì)的量為0.25mol,灼燒等質(zhì)量的上述混合物,得到氧化銅的物質(zhì)的量為0
9、.25mol,則m(CuO)=0.25mol80gmol-1=20g。
7.有一在空氣中暴露過的KOH固體,經(jīng)分析知其內(nèi)含水7.12%,K2CO32.88%,KOH90%,若將此樣品1g加入到46.00mL的1molL-1鹽酸中,過量的酸再用1.07molL-1KOH溶液中和,蒸發(fā)中和后的溶液可得固體________g。
答案 3.427
解析 此題中發(fā)生的反應(yīng)很多,但仔細(xì)分析可知蒸發(fā)溶液后所得固體為KCl,其Cl-全部來自于鹽酸中的Cl-,在整個(gè)過程中Cl-守恒,即n(KCl)=n(HCl);故m(KCl)=0.046 L1molL-174.5 gmol-1=3.427 g。
(二)
10、根據(jù)電子守恒找關(guān)系式
如:NH3HNO3,O22
由得失電子總數(shù)相等知,NH3經(jīng)氧化等一系列過程生成HNO3,NH3和O2的關(guān)系為NH3~2O2。
8.將1.08gFeO完全溶解在100mL1.00molL-1硫酸中,然后加入25.00mLK2Cr2O7溶液,恰好使Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+,且Cr2O中的鉻全部轉(zhuǎn)化為Cr3+。則K2Cr2O7的物質(zhì)的量濃度是________。
答案 0.100molL-1
解析 由電子守恒知,F(xiàn)eO中+2價(jià)鐵所失電子的物質(zhì)的量與Cr2O中+6價(jià)鉻所得電子的物質(zhì)的量相等,(3-2)=0.025 00 Lc(Cr2O)(6-3)2,得c(Cr2O)=0
11、.100 molL-1。
9.銅和鎂的合金4.6g完全溶于濃硝酸,若反應(yīng)后硝酸被還原,只產(chǎn)生4480mL的NO2氣體和336mL的N2O4氣體(都已折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況),在反應(yīng)后的溶液中,加入足量的氫氧化鈉溶液,生成沉淀的質(zhì)量為( )
A.9.02gB.8.51gC.8.26gD.7.04g
答案 B
解析 最后沉淀為Cu(OH)2和Mg(OH)2,Cu和Mg共4.6g,關(guān)鍵是求增加的n(OH-),n(OH-)等于金屬單質(zhì)所失電子的物質(zhì)的量,即n(OH-)=1mol+2mol=0.23mol,故沉淀的質(zhì)量為4.6g+0.2317g=8.51g。
(三)根據(jù)相關(guān)反應(yīng)找關(guān)系式
如:4NH
12、3+5O24NO+6H2O
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
經(jīng)多次氧化和吸收,由N元素守恒知:NH3~HNO3。
10.黃鐵礦主要成分是FeS2。某硫酸廠在進(jìn)行黃鐵礦成分測定時(shí),取0.1000g樣品在空氣中充分灼燒,將生成的SO2氣體與足量Fe2(SO4)3溶液完全反應(yīng)后,用濃度為0.02000molL-1的K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),消耗K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液25.00mL。
已知:SO2+2Fe3++2H2O===SO+2Fe2++4H+
Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
(1)樣品中FeS2的質(zhì)量
13、分?jǐn)?shù)是(假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng))________(保留1位小數(shù))。
(2)煅燒10t上述黃鐵礦,理論上產(chǎn)生SO2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為________L,制得98%的硫酸質(zhì)量為________t。
答案 (1)90.0% (2)3.36106 15
解析 (1)據(jù)方程式:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
SO2+2Fe3++2H2O===SO+2Fe2++4H+
Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
得關(guān)系式:
Cr2O~6Fe2+~3SO2~FeS2
1
0.02000molL-10.02500L
m(FeS2
14、)=0.09000g
樣品中FeS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.0%。
(2)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
4mol 8mol
mol n(SO2)
n(SO2)=1.5105mol
V(SO2)=3.36106L
由SO2 ~SO3 ~H2SO4
1mol 98g
1.5105mol m(H2SO4)98%
得m(H2SO4)=1.5107g=15t。
11.金屬錫的純度可以通過下述方法分析:將試樣溶于鹽酸,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Sn+2HCl===SnCl2+H2↑,再加入過量的FeCl3溶液,發(fā)生如下反應(yīng):SnCl2+2FeC
15、l3===SnCl4+2FeCl2,最后用已知濃度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+,反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeCl2+K2Cr2O7+14HCl===6FeCl3+2KCl+2CrCl3+7H2O?,F(xiàn)有金屬錫試樣0.613g,經(jīng)上述反應(yīng)后,共用去0.100molL-1K2Cr2O7溶液16.0mL。求試樣中錫的百分含量(假定雜質(zhì)不參加反應(yīng))。
答案 Sn與K2Cr2O7的物質(zhì)量的關(guān)系:
3Sn~3SnCl2~6FeCl2~K2Cr2O7
3119g1mol
x0.10.016mol
x==0.5712g
Sn%=100%≈93.2%。
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375