天原杯賽化學計算題——考查化學過程與思維能力

文章編號：1005－6629(2007)09－0074－02 中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

2007年全國初中學生化學素質和實驗能力競賽(第十七屆天原杯)復賽試題，第四大題為計算題，共設兩小題(29題、30題)，這兩題的特點，是著重考查學生對化學過程的分析，其次才是計算技能的考查。本文僅對這兩題進行評析。

29題：常溫下，在20g鹽酸和硫酸混合液中，逐滴加入17.1%的氫氧化鋇溶液。當堿液滴加至20g，硫酸鋇沉淀達到最大值；當堿液加至60g時，溶液pH=7。求：

(1)原混合液中硫酸的質量分數。

(2)當pH=7時溶液中溶質的質量。

過程分析：

①20g鹽酸和硫酸混合液加入氫氧化鋇溶液，除去H2SO4中SO2-4的同時，也消耗了H2SO4中的H+。

②硫酸鋇沉淀量達到最大值時，即表示硫酸已除盡。由此時消耗氫氧化鋇的量，可算出混合液中硫酸的量。

③pH=7表示混合酸正好被氫氧化鋇中和。

④混合酸中鹽酸所消耗的氫氧化鋇的量，等于混合酸消耗氫氧化鋇的總量減去硫酸消耗的氫氧化鋇的量。

⑤發生反應后，BaSO4形成沉淀，BaCl2進入溶液，BaCl2為最終所形成溶液的溶質。

解析：

(1)設原混合物中H2SO4的質量為x。

H2SO4+Ba(OH)2=BaSO4↓+2H2O

98 171

x20g×17.1%

x= =1.96g

原混合液中硫酸的質量分數為： ×100%=9.8%

(2)pH=7時，設所形成的溶液中溶質BaCl2的質量為y。

Ba(OH)2+2HCl=2H2O+BaCl2

171208

(60-40)g×17.1%y

y＝=8.32g

答：略

30題：合成氨工業生產中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe2O3。

(1)當催化劑中FeO與Fe2O3的質量之比為9∶20時， 其催化活性最高， 此時鐵的氧化物混合物中鐵的質量分數為多少？(用小數表示， 保留2位小數)

(2)以Fe2O3為原料制備上述催化劑，可向其中加入適量碳，發生如下反應：

2Fe2O3+C 4FeO+CO2↑

為制得這種活性最高的催化劑，應向480g Fe2O3粉末中加入碳多少克？

分析：本題的第(1)問屬于概念型計算，混合物中鐵的質量分數，就是混合物中鐵的質量與混合物的質量之比。

(2)α-Fe催化劑是FeO與Fe2O3的混合物，且FeO與Fe2O3的質量之比為9∶20時，其催化活性最高。用Fe2O3制取活性最高的催化劑，就是使部分Fe2O3轉化為FeO，且使生成的FeO質量與未反應的Fe2O3質量之比為9∶20，求此時消耗碳的質量。

解:(1)若FeO質量為9g，Fe2O3的質量為20g，則該混合物中鐵的質量分數為：

9g×+20g×÷(9+20)g

=9g×+20g×÷29g

=(7+14)÷29

=0.72

(2)①代數法。設需加入碳的質量為x。

2Fe2O3＋C4FeO+3CO2↑

320 12288

x

生成的FeO為，反應的Fe2O3為，未反應的Fe2O3為(480-)。

∶(480g-)=9∶20

解得：x=6g

②應用(1)的結果也可以計算。

480g Fe2O3中含鐵量為：

480g× ＝336g

480g Fe2O3中含氧量為：

480g-336g=144g

336g Fe形成的活性最高的催化劑中氧的含量為：336g÷×＝129g

Fe2O3失去的氧的質量為：

144g-128g=16g

16g氧與碳反應，生成了CO2，反應需要的碳的質量：

16g÷32×12＝6g

答：略。

評注：這兩題既考查了元素化合物知識，又考查了學生的思維能力、計算能力。乍一看，兩題都是根據化學方程式的計算，但二者又有明顯的區別。29題著重考查學生對反應過程的理解，該過程分為兩個階段，第一階段是硫酸與氫氧化鋇反應，第二階段是鹽酸與氫氧化鋇反應，且第一階段到硫酸鋇沉淀量最大時結束，第二階段到pH=7時終止。該題巧妙之處，沒有用“正好完全”反應之類的顯性詞語，而是把“正好完全”反應隱含在對“沉淀量達到最大”及“pH=7”的理解中。過程清楚后，計算則較為簡單。

30題第(1)問是概念型計算，理解了“質量分數”的概念，就可以直接設出具體數據來計算。如果該問用代數法求解，煩瑣一些。第(2)問可用兩種方法求解，顯然用代數法較為方便。用(1)問的結果求算，顯得該題兩問聯系緊密，但計算步驟多一些，且計算時須用中間過程的精確數據21/29，而不宜用最后約化了的數字0.72。雖然后者的方法顯得步驟多一些，但也能反映出學生對反應過程的理解，反映出學生思維的深刻性。

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