化學計算中應強化代數(shù)意識

化學計算過程，主要是一個化學問題的數(shù)學處理過程，即對物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)和變化規(guī)律的量化過程。不同的問題，需要不同層次的解題能力。各層次能力的形成，知識點及基本解法的訓練固然重要，但在解答具體問題時，代數(shù)的思維意識是非常重要的，希望能引起老師和同學們的足夠的重視。

所謂代數(shù)意識，是指在解題時，依據(jù)有關條件，直接求值，找關系式，由變量之間的關系列方程（或方程組），建立不等式，構造函數(shù)表達式然后求解的思維意識。

例題1：為測定硫酸銨和硫酸氫銨的混合物中的質(zhì)量分數(shù)，將不同質(zhì)量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）。該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸的質(zhì)量，部分測定結果如下：銨鹽質(zhì)量為10.00克和20.00克時，濃硫酸增加的質(zhì)量相同；銨鹽質(zhì)量為30.00克時，濃硫酸增加的質(zhì)量為0.68克，銨鹽質(zhì)量為40.00克時，濃硫酸的質(zhì)量不變。計算該銨鹽中的氮元素的中質(zhì)量分數(shù)。若銨鹽質(zhì)量為15.00克，濃硫酸增加的質(zhì)量為多少？（計算結果保留兩位小數(shù)）。

解：設10克樣品中含硫酸銨物質(zhì)的量為xmol；硫酸氫銨物質(zhì)的量為ymol；NaOH物質(zhì)的量為amol，10克樣品中根據(jù)質(zhì)量列方程132x+115y=10；投入10克和20克樣品產(chǎn)生的氣體即氨氣使?jié)饬蛩嵩黾拥馁|(zhì)量相同。經(jīng)分析由于二者的NaOH溶液一樣，一定是10克樣品投入時NaOH過量產(chǎn)生的氣體用銨根離子而20克樣品投入時是銨根離子過量產(chǎn)生的氣體用氫氧根離子計算。故可以列出方程2x+y=a-2y；投入30克樣品時銨根離子繼續(xù)增多，也一定是銨根離子過量，產(chǎn)生氣體用氫氧根離子來計算。可以列出方程a-3y=0.68/17=0.04，

，解方程組，得x=0.02mol；y=0.064mol；a=0.232mol.進而可以求出該銨鹽樣品中氮元素的質(zhì)量分數(shù)為（2x+y）×17÷10=14.56%

若銨鹽樣品質(zhì)量為15克，則樣品中硫酸銨為0.03mol ，硫酸氫銨為0.096mol ，銨根離子物質(zhì)的量總共為0.156mol ，而能與銨根離子反應的氫氧根離子為0.232-0.096=0.136mol ，銨根離子過量故產(chǎn)生的氨氣為0.136mol ，濃硫酸增加的質(zhì)量為0.136×17=2.312克。此題還可以設問氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度和當加入銨鹽樣品的質(zhì)量在什么范圍時產(chǎn)生的氨氣為0 ，不妨我們大家一起來根據(jù)上面的思路自己考慮如何做出后面的兩個問題。氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.232/0.05=4.64mol/。設加入的銨鹽樣品中硫酸銨物質(zhì)的量為b ，硫酸氫銨物質(zhì)的量為3.2b 時恰好使產(chǎn)生的氨氣為0。因為由上面可以推出硫酸氫銨與硫酸銨的物質(zhì)的量之比為3.2，根據(jù)題意來列方程：0.232–3.2b=0，解方程，得b=0.0725mol，此時樣品的總質(zhì)量為132×0.0725+115×4×0.0725=36.25克。或者（0.232/0.064）×10=36.25克。故加入的樣品的質(zhì)量m=0 或 m≥36.25克時產(chǎn)生的氨氣氣體體積為0。

例題2：為了防治環(huán)境污染并對尾氣進行綜合利用，某硫酸廠用氨水吸收尾氣中的SO2，再向吸收液中加入濃硫酸，以制取高濃度的SO2及硫酸銨和硫酸氫銨固體。

為測定上述硫酸銨和硫酸氫銨固體混合物的組成，現(xiàn)稱取該樣品四份，分別加入相同的濃度的NaOH溶液各40.00mL，加熱至120℃左右，使氨氣全部逸出（此溫度下銨鹽不分解），測得有關實驗數(shù)據(jù)如下（標準狀況下）

①實驗過程中有關反應的離子方程式為 ；②由第1組數(shù)據(jù)直接推測：標準狀況下3.7g樣品進行同樣實驗時，生成的氨氣的體積為 升；③試計算該混合物硫酸銨和硫酸氫銨的物質(zhì)的量之比為 ；④欲計算該NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度應該選擇第 組數(shù)據(jù)，由此求得NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為 ；⑤若在第2組和第3組實驗之間加一組實驗，需加 克樣品時產(chǎn)生的氣體也為1.68L。

解：①實驗過程中有關反應的離子方程式為：NH4++OH-=NH3H2O；H++OH-=H2O；②由第1組數(shù)據(jù)直接推測：標準狀況下3.7g樣品進行同樣實驗時，由實驗1和實驗2可知樣品增多，產(chǎn)生的氣體也在增多，說明7.4克樣品中銨根離子少，氫氧化鈉過量，故3.7克樣品投入后產(chǎn)生的氣體是7.4克樣品產(chǎn)生氨氣的一半，體積為0.84L.③設7.4克樣品中硫酸銨物質(zhì)的量為x，硫酸氫銨物質(zhì)的量為y，由實驗1可知：，解方程組，得x=0.0125，y=0.05；故可以推出硫酸銨與硫酸氫銨的物質(zhì)的量之比為1 ：4 。④欲計算該NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度，我們來分析一下題目中的幾組數(shù)據(jù)：若實驗2中堿依然過量的話，那么產(chǎn)生的氣體應該為1.68×2=3.36L。但事實上是2.24L，說明實驗2中銨根離子已經(jīng)過量。設氫氧化鈉的物質(zhì)的量為a。實驗2樣品中硫酸銨為0.025mol，硫酸氫銨為0.1mol，銨根離子過量，產(chǎn)生氣體用氫氧根離子計算a–0.1=2.24/22.4.故可以推出a=0.2mol.氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.2/0.04=5mol/L。同樣也可以用實驗3來計算，實驗3樣品中硫酸銨為0.0375mol，硫酸氫銨為0.15mol，與實驗2比較氣體繼續(xù)在減少，肯定銨根離子過量。產(chǎn)生氨氣用氫氧根離子計算：a–0.15=0.05，也可推出氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.2mol。⑤若在第2組和第3組實驗之間加一組實驗，要使產(chǎn)生的氣體也為1.68L：實驗1中氫氧化鈉過量，產(chǎn)生氣體為1.68L，所加的一組實驗必定是銨根離子過量，產(chǎn)生氣體用堿來計算。設樣品中硫酸銨物質(zhì)的量為b，則硫酸氫銨的物質(zhì)的量為4b。由④推出氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.2mol。列出產(chǎn)生氣體的方程：0.2–4b=0.075，b=0.125/4；樣品總質(zhì)量：132×0.125/4+115×0.125=18.5克。高中化學教學，計算型習題教學是學生們倍感頭疼的部分，尤其是現(xiàn)在的中學生從小不喜歡計算，導致計算能力較差，而計算能力又是高考選拔學生的一種重要能力，把復雜問題簡單化就需要把代數(shù)的思維方式運用到化學計算題當中。熟練掌握了這種方法，學生在高考試題中碰到稍微復雜一點的計算題就能得心應手，游刃有余。