化合物化學式計算的幾種常見考查方式

張新中

(江蘇省邗江中學 225009)

化合物化學式的計算是高中學生必須掌握的一項基本技能，在高考和各地的模擬試卷中也屢屢出現.常見的考查方式有以下幾種.

一、利用反應列方程進行計算

例1 某科研小組采集到兩種銅礦標本，經地理老師辨認為孔雀石和石青，老師說其化學組成均可表示為xCuCO3·yCu(OH)2，屬于天然碳酸鹽類銅礦.

(1)為了準確測定兩種礦石的化學組成，該小組同學將兩種礦石分別與足量鹽酸反應，孔雀石耗用的鹽酸的物質的量與生成的CO2的物質的量之比為4∶1；石青則為3∶1.請確定它們的化學組成，孔雀石：____；石青：____.

(2)現取兩份等質量的兩種礦石的混合物樣品，一份加入過量鹽酸，生成CO26.6 g；對另一份樣品加熱使其完全分解，得到CuO 20g，則混合物中孔雀石和石青的物質的量之比為____.

解析(1)xCuCO3·yCu(OH)2與鹽酸反應的化學方程式為xCuCO3·yCu(OH)2+2(x+y)HCl→(x+y)CuCl2+xCO2↑+(x+2y)H2O

根據孔雀石耗用的鹽酸與生成的CO2的物質的量比為4∶1，可得：2(x+y)∶x=4∶1，解得x∶y=1∶1，故孔雀石的化學式可表示為CuCO3·Cu(OH)2.

根據石青耗用的鹽酸與生成的CO2的物質的量比為3∶1，可得：2(x+y)∶x=3∶1，解得x=2y，故石青的化學式可表示為2CuCO3·Cu(OH)2.

根據C守恒得：a+2b=0.15 mol

根據Cu守恒得：2a+3b=0.25 mol

解得a=0.05 mol，b=0.05 mol.

故該混合物中孔雀石和石青的物質的量之比為：

0.05 mol∶0.05 mol=1∶1

答案:(1)CuCO3·Cu(OH)2；2CuCO3·Cu(OH)2(2)1∶1

點評本題根據銅礦與鹽酸反應消耗鹽酸的物質的量與生成的CO2的物質的量之比計算化學式，只要寫出化學方程式，找出相應物質的物質的量，列方程即可解答.本題的關鍵在于化學方程式的書寫，題目比較簡單.

二、利用三大守恒進行計算

例2 某結晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子.稱取兩份質量均為 10.00 g的該結晶水合物，分別制成溶液.

②另一份加入足量的BaCl2溶液，生成不溶于稀硝酸白色沉淀，經過濾、洗滌、干燥稱其質量為11.65 g.

(1)該結晶水合物中含有的兩種陽離子是____和____，陰離子是____.

(2)試通過計算確定該結晶水合物的化學式(寫出計算過程，注意解題規范).

點評本題先根據反應現象推斷出物質中的離子，然后根據題中給出的物質的物質的量，計算出已知離子的物質的量，再根據電荷守恒計算出剩余離子的物質的量，最后得出物質的化學式.本題的關鍵在于應用電荷守恒計算最后一種離子的物質的量.

三、利用分解產物的比例進行計算

例3 實驗所制得的堿式碳酸銅的組成可表示為：xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，要測定其組成，甲同學設計的實驗方案中需要如下五個步驟：①稱取12.0 g的樣品；②高溫分解；③測出生成CO2的質量為2.2 g；④測出生成水蒸氣的質量為1.8 g；⑤稱量生成CuO的質量為8.0 g.而乙同學認為除步驟②外，實驗只需測定4個量中的部分數據即可，則合理的組合為____(填序號，寫一組即可).根據你的選擇，計算出堿式碳酸銅的組成，寫出計算過程.

答案:③④⑤，①③④，①③⑤，①④⑤(任寫一種) CuCO3·Cu(OH)2·H2O

點評本題根據分解產物的物質的量之比寫出鹽的氧化物表示形式，然后改寫為鹽的形式.本題的關鍵在于理解用氧化物的形式表示鹽的組成；要注意的是分解生成的水不是鹽中的結晶水.

四、利用熱重分析圖進行計算

例4 鈷及其化合物廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域.

(1)CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni的化合價均為+2價)可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性.

① 該催化劑中鐵元素的化合價為____.

② 圖1表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線.由圖中信息可知：____法制取得到的催化劑活性更高；Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是____.

圖1

圖2

(2) 草酸鈷是制備鈷氧化物的重要原料.圖2為二水合草酸鈷(CoC2O4·2H2O)在空氣中受熱的質量變化曲線，曲線中300℃及以上所得固體均為鈷氧化物.

① 通過計算確定C點剩余固體的化學成分為____(填化學式).寫出B點對應的物質與O2在225～300℃的條件下發生反應的化學方程式：____.

② 取一定質量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物(其中Co的化合價為+2、+3價)，用480 mL 5 mol·L-1鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl2溶液和4.48 L(標準狀況)黃綠色氣體.試確定該鈷氧化物的化學式.

解析(1)①該催化劑中Co、Ni均為+2價，O為-2價，所以Fe元素的化合價是[8-(2x+2-2x)]/2=+3.②反應速率越快，則催化劑的催化活性越高，根據圖像可知，x相同時微波水熱法初始反應速率大于常規水熱法，所以微波水熱法制取得到的催化劑活性更高；隨x增大，初始速率增大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化效果更好.

答案:(1)①+3 ②微波水熱 Co2+

②Co5O6(過程見解析)

點評本題(2)①根據化合物在受熱時的質量變化計算不同階段的化學式.解答這類題的一般思路是：(1)失重一般是先失水，再失非金屬氧化物；(2)晶體中金屬質量不再減少，仍在m余中；(3)失重最后一般為金屬氧化物，由質量守恒得m氧，由n金屬∶n氧，即可求出失重后物質的化學式.解題的關鍵在于弄清物質質量變化的原因，從而計算出變化物質的物質的量.

五、利用滴定實驗數據進行計算

例5 堿式次氯酸鎂[Mga(ClO)b(OH)c·xH2O]是一種有開發價值的微溶于水的無機抗菌劑.為確定堿式次氯酸鎂的組成，進行如下實驗：

(1)步驟①需要用到的指示劑是____.

(2)步驟②若滴定管在使用前未用EDTA標準溶液潤洗，測得的Mg2+物質的量將____(填“偏高”“偏低”或“不變”).

(3)通過計算確定堿式次氯酸鎂的化學式(寫出計算過程).

解析(1)I2遇淀粉顯藍色，當Na2S2O3將I2完全消耗時，溶液的藍色褪去，故選擇淀粉作指示劑.

(2)若滴定管沒有潤洗，則其濃度變小，與Mg2+反應時，EDTA的消耗量增多，所得Mg2+的量偏高.

答案:(1)淀粉溶液 (2)偏高

n(Mg2+)=0.020 00 mol·L-1×25.00×10-3L×1 000 mL/25.00 mL=2.000×10-2mol

根據電荷守恒，可得：

n(OH-)=2n(Mg2+)-n(ClO-)=2×2.000×10-2mol-1.000×10-2mol=3.000×10-2mol

m(H2O)=1.685 g-1.000×10-2mol×51.5 g·mol-1-2.000×10-2mol×24 g·mol-1-3.000×10-2mol×17 g·mol-1=0.180 g

n(Mg2+)∶n(ClO-)∶n(OH-)∶n(H2O)

=2.000×10-2mol∶1.000×10-2mol∶3.000×

10-2mol∶1.000×10-2mol=2∶1∶3∶1

則堿式次氯酸鎂的化學式為Mg2ClO(OH)3·H2O.

點評本題利用滴定實驗測定出ClO-、Mg2+的物質的量，再利用電荷守恒和質量守恒計算出OH-和H2O的量，最后確定出化學式.解題的關鍵在于根據滴定實驗找出關系式，從而進行計算.