化學(xué)計(jì)算題的解法例析

張紐枝 王建平

【摘要】本文通過舉例歸納了化學(xué)計(jì)算題的主要解題方法——守恒法、關(guān)系式法、差量法、極值法、討論法及多種方法綜合應(yīng)用法，并且針對(duì)題目的特點(diǎn)逐一進(jìn)行分析，揭示了化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，指出不同的解法適合的條件。

【關(guān)鍵詞】化學(xué) ?計(jì)算題 ?解法 ?例析

【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）09-0137-02

化學(xué)計(jì)算題每年高考必考，近幾年來常以選擇題和填空題的形式出現(xiàn)。高考計(jì)算題注重對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用考查，注重計(jì)算思路和計(jì)算方法的考查，在眾多條件和復(fù)雜數(shù)據(jù)下，要想迅速準(zhǔn)確，必須針對(duì)題目的特點(diǎn)，選擇最有效的解題方法，甚至是多種方法綜合應(yīng)用才能達(dá)到。現(xiàn)將化學(xué)計(jì)算題的幾種解法歸納如 下：

一、守恒法：（電子守恒、元素守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒）

1.電子守恒法

適用于氧化還原反應(yīng)，得失電子守恒

例1. 將5.21g純鐵溶于過量的稀H2SO4中，在加熱的條件下用2.53gKNO3氧化溶液中的Fe2+ ，并同時(shí)生成NOX，待反應(yīng)完全后，剩余的Fe2+需要12.00mL0.3mol/L的KMnO4溶液才能完全氧化。（已知KMnO4中的Mn 被還原成+2價(jià)）求X=

解析： KMnO4中Mn變價(jià)為+7→+2得電子數(shù)：5×0.012×0.3mol

KNO3中的N變價(jià)為+5→2X得電子數(shù)：（5-2X）×2.53/101mol

FeSO4中的Fe變價(jià)+2→+3失電子數(shù)：1×5.21/56 mol

據(jù)：氧化還原反應(yīng)中，得電子數(shù)=失電子數(shù)

即：5×0.012×0.3+（5-2X）×2.53/101=1×5.21/56

x=1

2.元素守恒法

適用于混合物之間的多個(gè)反應(yīng)題型

例2. 有一在空氣中暴露過的KOH固體，經(jīng)分析知其中含水7.12﹪，K2CO3：2.88﹪，KOH：90﹪若將此樣品1g加入到46.00mL 1mol/L的鹽酸中，過量的酸再用1.07mol/L KOH溶液中和，蒸發(fā)中和后的溶液可得固體質(zhì)量為 ? ? ? g

解析：此題中發(fā)生反應(yīng)很多，仔細(xì)分析可知：蒸發(fā)溶液所得固體為KCl其中Cl-全部來自鹽酸中的Cl-，在整個(gè)過程中Cl-是守恒的。

則： n（KCl）=n（HCl）

故：m（KCl）=0.046L×1mol/L×74.5g/mol

=3.427g

3.電荷守恒

適合溶液中多個(gè)離子間的反應(yīng)

例2. （2010海南高考）把VL含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成兩等份， 一份加入含a molNaoH溶液，恰好使Mg2+離子沉淀為Mg（OH）2另一份加入含b molBaCl2溶液，恰好使SO完全沉淀為BaSO4，則原混合物溶液中的K+濃度為：

A.b-a/v mol/L ? ? ? ? B.2b-a/v mol/L

C.2（b-a）/v mol/L ? ? ? D.2（2b-a）v mol/L

解析：一 份加入a molNaOH生成a/2 mol Mg（OH）2 ?n=a/2 mol

一份加入b molBaCl2生成b molBaSO4 ?n=b mol

再根據(jù)溶液呈中性，電荷守恒關(guān)系：2C+C2C

即： 2×a/2/v/2+C（K+）=2·b/v/2

得：C（k+）=2（2b-a）/V mol/L

4.質(zhì)量守恒

適用于無數(shù)字或數(shù)學(xué)殘缺的計(jì)算

例4. 在150℃時(shí)（NH4）2CO3受熱完全分解，則其完全分解后所產(chǎn)生的氣態(tài)混合物的密度是相同條件下H2密度的幾倍（ ? ）

A.96倍 B.48倍 C.12倍 D.32倍

解析：150℃： （NH4）2CO3=2NH3↑+H2O↑+CO2↑

據(jù)阿佛加德羅定律推論：氣體的密度之比=相對(duì)分子質(zhì)量之比，此題實(shí)際是求混合氣體的相對(duì)分子質(zhì)量，據(jù)質(zhì)量守恒定律得出：反應(yīng)前質(zhì)量=反應(yīng)后混合氣體的總質(zhì)量。即：1mol （NH4）2CO3的質(zhì)量（即96g）就等于反應(yīng)后的混合氣體的總質(zhì)量（即96g）， 則混合氣體的平均分子量為： ?M（混合氣體）=96/4=24

∴P（混）/P（H）=M（混）/M（H）=24/2=12 ? 故選 ?C

二、差量法：

適用于混合物間的反應(yīng)，且反應(yīng)前后存在著差量的反應(yīng)體系。

例5.（2009年北京石景山高三二模）在一密閉容器中有 HCHO、H2、CO和O2的混合氣體共20g，放入足量Na2O2用電火花引燃，使其完全反應(yīng)，Na2O2增重8g，則原混合氣體中O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：

A.40﹪ ? ?B.33.3﹪ ? ? C.60﹪ ? ? D.36﹪

解析：在密閉容器中HCHO、 H2 、CO、O2引然后，C轉(zhuǎn)化成→ CO2，H轉(zhuǎn)化成→H2O

2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 ? ?增 CO

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 ? ? ?增 H2

以上分析可知，便Na2O2重8g 的氣體是HCHO，H2，CO，所以O(shè)2的質(zhì)量是 20-8=12g ， O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12/20×100﹪=60﹪

三、極值法

一般解答混合物的組成時(shí)采用。

例 6. 將適量的CO2通入含0.8gNaOH的溶液中，將產(chǎn)物在減壓低溫下蒸干后得到1.37g固體物質(zhì)，所得固體物質(zhì)的成分是 ? ? ? ? ?。

解析：此法可假設(shè)原混合物是某一純凈物，進(jìn)行確定最大值、最小值再進(jìn)行分析、討論得出結(jié)論。

CO2與NaoH的反應(yīng)： CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3

據(jù)上述反應(yīng)可知，蒸干后所得固體物質(zhì)可能有4種情況：①Na2CO3 、NaOH ?（CO2不足）② Na2CO3 ? ③Na2CO3、NaHCO3 ? ?④NaHCO3

⑴若所得固體是Na2CO3設(shè)其質(zhì)量為Xg， 據(jù)關(guān)系式：

2NaOH～～～Na2CO3

80 ? ? ? ? ? 106 ? ? ? ? ? ? ? 列比列解得：X=1.06g

0.8 ? ? ? ? ? ?X

⑵若所得固體是NaHCO3 ?設(shè)其質(zhì)量為Yg， 據(jù)關(guān)系式：

NaOH～～～NaHCO3

40 ? ? ? ? ? ?84 ? ? ? ? ? ? ? ?列比例解得： Y=1.68g

0.8 ? ? ? ? ? Y

因蒸干后得列的固體為1.37g 介于1.06～～1.68之間 ?所以所得固體物質(zhì)的成分是Na2CO3、NaHCO3的混合物。

四、討論法

適用于量不同生成的產(chǎn)物不同的反應(yīng)，還有過量計(jì)算。

例7. 向含a gHNO3的稀溶液中，加入b g鐵粉充分反應(yīng)全部溶解。已知有a/4 g HNO3被還原，則b：a不可能的是（ ? ?）

A. ?1：2 B. ?1：3 C. ?1：4 D. ?2：9

解析：鐵與稀HNO3的反應(yīng)規(guī)律：

Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O ? ? ①

3Fe（過量）+8HNO3=3Fe（NO3） 2+2NO↑+4H2O ? ②

⑴ 當(dāng)n（Fe）/n （HNO）≤1/4時(shí)，即m（Fe）/m（HNO）≤2/9時(shí)， 按反應(yīng)①進(jìn)行

當(dāng)n（Fe）/n （HNO）≥3/8時(shí)，即m （Fe）/m（HNO）≥1/3時(shí)，按反應(yīng)②進(jìn)行

當(dāng)1/4﹤n（Fe）/n（HNO）﹤3/8 時(shí)，即2/9﹤m（Fe）/m（HNO）﹤1/3時(shí)， 則①②反應(yīng)都發(fā)生

⑵ 從①②反應(yīng)可以看出，無論反應(yīng)①還是反應(yīng)②，被還原的HNO3皆占參加反應(yīng)的HNO3的1/4故選A。

五、守恒法與極限法的綜合運(yùn)用

例8.（2009四川理綜）向mg鎂和鋁的混合物中加入適量的稀H2SO4恰好完全反應(yīng)生成標(biāo)況下的氣體bL。向反應(yīng)后的溶液中加入C mol/L KOH溶液V ml，使金屬離子剛好完全沉淀，得到沉淀的質(zhì)量為ng ， ?再將得到的沉淀灼燒至質(zhì)量不再改變?yōu)橹梗玫焦腆wPg ， 則下列關(guān)系式不正確的是：（ ? ）

A ?C=1000b/11.2V B ?P=m+VC/125

C n=m+17VC D 5 m /3 ﹤P﹤17 m /9

解析：

⑴ 據(jù)元素守恒得關(guān)系式（即H2的H原子來自H2SO4，SO42ˉ和KOH中K+完全轉(zhuǎn)化成K2SO4）

H2SO4 ～ ?H2 ? ～ ? 2KOH ～ 2K2SO4

1 ? ? ? ? ? ? ? ? ?2

b∕22.4 ? ? ? ? ? ? ? CV×10ˉ3

故得：b/22.4×2 =CV×10ˉ3

C=1000b/11.2 ? ? 故A正確

⑵ 沉淀為Mg（OH）2和AL（OH）3 據(jù)質(zhì)量守恒：

n（沉淀）=m（Mg+AL）+m（OHˉ） ?（OHˉ完全來自KOH）

=m+CV×17×10ˉ3

故C錯(cuò)。

⑶ D項(xiàng)采用極限法。

若全部是Mg：則Mg～MgO ? ?P1=m/24×40=5 m /3

若全部是Al：則2Al～Al2O3 ?P2=m/27×1/2×102=17 m/9

因是二者的混合物實(shí)際應(yīng)介于二者之間，即5 m /3 ﹤P﹤17 m /9 故D正確

⑷ B項(xiàng)是否介于二者之間

將C項(xiàng)轉(zhuǎn)化 即：CV=1000（n-m）/17代入B項(xiàng)得：

P=m+CV/125=9 m /17 +8n/17﹥9 m /17 ? 故B項(xiàng)錯(cuò)。