高考化學計算題的常見類型及解題路徑

◇ 北京 孔德靖

《普通高中化學課程標準(2017年版)》在描述學科核心素養和學業質量水平時對定量計算均提出了要求.化學計算融入實驗探究、物質及其應用、結構與反應規律、社會發展等主題中，促進了學生對物質組成、結構、性質的認識，提高了學生對基本概念、基本理論和變化規律的理解，發展了學生的定量分析和論證能力.在高考中，化學計算是一個重要的考查點，常出現于解決實際問題的情境中，與科研、生產、生活等密切結合，是學生學習的難點.筆者梳理了近年來高考中常見的幾類化學計算題并進行了剖析.

1 求物質的化學式

若能得出鈷氧化物中鈷元素與氧元素的物質的量之比，即可求出其化學式.根據元素守恒可知，煅燒產物中鈷元素與碳元素的物質的量之比為1∶2.

則n(Co)＝0.03 mol.那么鈷氧化物中氧元素的質量為

所以鈷氧化物的化學式為Co3O4.

查閱資料：①由短周期元素組成的抗酸藥的有效成分有碳酸氫鈉、碳酸鎂、氫氧化鋁、硅酸鎂鋁、磷酸鋁、堿式碳酸鎂鋁.

②Al3＋在pH＝5.0時沉淀完全；Mg2＋在pH＝8.8時開始沉淀，在pH＝11.4時沉淀完全.

實驗過程：Ⅰ.向化合物X 粉末中加入過量鹽酸，產生氣體A，得到無色溶液.

Ⅱ.用鉑絲蘸取少量Ⅰ中所得的溶液，在火焰上灼燒，無黃色火焰.

Ⅲ.向Ⅰ中所得的溶液中滴加氨水，調節pH 至5～6，產生白色沉淀B，過濾.

Ⅳ.向沉淀B 中加過量NaOH 溶液，沉淀全部溶解.

Ⅴ.向Ⅲ中得到的濾液中滴加NaOH 溶液，調節pH 至12，得到白色沉淀C.

若上述n(A)∶n(B)∶n(C)＝1∶1∶3，則X 的化學式是_____.

該題是基于物質鑒別的化學式計算.加入過量鹽酸產生無色氣體，結合資料①中抗酸藥的有效成分，可知化合物X 是碳酸氫鈉、碳酸鎂、堿式碳酸鎂鋁中的一種，氣體A 為CO2.根據焰色反應(無黃色火焰)可判斷化合物X 不含鈉元素.向Ⅰ中所得溶液中滴加氨水至pH 為5～6，產生白色沉淀B，而向B中加過量NaOH 溶液，沉淀全部溶解，結合資料②中Al3＋在pH＝5.0 時沉淀完全，可知沉淀B 是Al(OH)3.化合物X 含有鋁元素而不含鈉元素，即X為堿式碳酸鎂鋁.再向Ⅲ中得到的濾液中滴加NaOH溶液至pH 為12，產生的白色沉淀C為Mg(OH)2.由于n(CO2)∶n(Al(OH)3)∶n(Mg(OH)2)＝1∶1∶3.根據元素 守 恒，則 化 合 物X 中n()∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝1∶1∶3，結合電荷守恒(陰離子所帶的負電荷之和等于陽離子所帶的正電荷之和)有可計算出n()∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)∶n(OH－)＝1∶1∶3∶7，故X 為Mg3Al(OH)7CO3.

2 測定樣品的純度或混合物中某物質的濃度

A.取ag混合物充分加熱，質量減少bg

B.取ag混合物與足量稀鹽酸充分反應，加熱、蒸干、灼燒，得bg固體

C.取ag混合物與足量稀硫酸充分反應，逸出氣體用堿石灰吸收，質量增加bg

D.取ag混合物與足量Ba(OH)2溶液充分反應，過濾、洗滌、烘干，得bg固體

該題以選擇題的形式考查定量計算.假設混合物中Na2CO3的物質的量為x mol，NaHCO3的物質的量為y mol，只要能列出兩個二元一次方程，即可求出x 和y 的值，進而能確定混合物中Na2CO3的質量分數.四個選項中混合物均取ag，可列出方程106x＋84y＝a.選項A 中，發生反應質量減少的bg，即為生成的水和二氧化碳的質量和，可列出方程(18＋44)×＝b，所以選項A 的方案正確.選項B中，Na2CO3和NaHCO3均和稀鹽酸反應，剩余的稀鹽酸加熱揮發，通過蒸干、灼燒，bg固體全部為NaCl，根據鈉元素守恒可列出方程(2x＋y)×58.5＝b，選項B 的方案正確.選項D 中，Na2CO3和NaHCO3均與足量Ba(OH)2溶液反應，生成沉淀BaCO3.過濾、洗滌、烘干后得到b g 固體為純凈的BaCO3，根據碳元素守恒，可列方程(x＋y)×197＝b，選項D 的方案正確.選項C 中，Na2CO3和NaHCO3均與稀硫酸反應，但逸出的二氧化碳中混有水蒸氣，堿石灰同時吸收二氧化碳和水蒸氣，所以不能根據堿石灰增加的質量列方程，選項C的方案錯誤.

步驟Ⅰ：移取x mL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用b mol·L－1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸體積為V0mL.

步驟Ⅱ：移取y mLBaCl2溶液于錐形瓶中，加入x mL與步驟Ⅰ相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用b mol·L－1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1mL.

BaCl2溶液的濃度為_____mol·L－1.

該題利用間接滴定法測定樣品中某物質的濃度.步驟Ⅰ和步驟Ⅱ所取Na2CrO4的物質的量完全相同.步驟Ⅰ中，CrO2－4完全與H＋反應，消耗鹽酸體積為V0mL；步驟Ⅱ中，先與Ba2＋反應，待Ba2＋完全沉淀后，剩余的再與H＋反應，消耗鹽酸體積為V1mL；原本能與(V0－V1)mL鹽酸恰好完全反應的與Ba2＋發生了反應.依據已知的化學方程式可得出關系式：Ba2＋～～H＋.故樣品溶液中

Ⅰ.用已準確稱量的KBrO3固體配制一定體積的a mol·L－1KBrO3標準溶液；

Ⅱ.取V1mL上述溶液，加入過量KBr，加H2SO4酸化，溶液顏色呈棕黃色；

Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入V2mL廢水；

Ⅳ.向Ⅲ中加入過量KI；

Ⅴ.用b mol·L－1Na2S2O3標準溶液滴定Ⅳ中溶液至淺黃色時，滴加2滴淀粉溶液，繼續滴定至終點，共消耗Na2S2O3溶液V3mL.

已 知：I2＋2Na2S2O3＝2NaI ＋Na2S4O6，Na2S2O3和Na2S4O6溶液顏色均為無色.

廢水中苯酚的含量為_____g·L－1(苯酚摩爾質量：94g·mol－1).

該題比較復雜，是對氧化還原滴定的綜合利用，同時體現了無機化學和有機化學的完美融合.“苯酚與溴的反應很靈敏，可用于苯酚的定性檢驗和定量測定”是人教版化學選修5教材中的原文.步驟Ⅱ中發生了反應＋5Br－＋6H＋＝3Br2＋3H2O，根據關系式～3Br2，可算出生成的Br2的物質的量：

步驟Ⅲ中廢水中的苯酚與溴水發生反應

待苯酚完全反應后，剩余的Br2與加入的過量KI發生反應Br2＋2I－＝I2＋2Br－，生成的I2與Na2S2O3發生反應I2＋2Na2S2O3＝2NaI＋Na2S4O6.

根據關系式Br2～I2～2Na2S2O3，可計算出與KI發生反應的Br2的量：

則與苯酚發生反應的Br2的量為：

根據苯酚與溴水反應的化學方程式，可算出廢水樣品中苯酚的物質的量為濃度為

3 利用電化學原理計算反應后電解質溶液的質量變化

圖1 電化學降解

圖2 電化學方法除去代謝產物中的尿素

根據電解池的工作原理，右側為陰極室，陰極的電極反應式為2H＋＋2e－＝H2↑或者2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－；左側為陽極室，陽極的電極反應式為2Cl－－2e－＝Cl2↑，產生的氯氣和尿素進一步發生反應電解質溶液中H＋經質子交換膜從左側的陽極室遷移入右側的陰極室.若轉移了6 mole－時，陰極產生了3molH2，陽極產生了3molCl2，3 molCl2進而與1molCO(NH2)2反應生成了1 molN2和1 mol CO2，即1molCO(NH2)2被除去時會產生5mol氣體分子(3molH2、1molN2和1molCO2).故當兩極共收集到氣體13.44L(標準狀況)時，除去的尿素的質量為

4 利用化學平衡常數計算離子濃度

關于化學反應速率、轉化率、化學平衡常數等的計算也是常見的題型.該題是利用難溶電解質的溶度積常數來計算溶液中離子的濃度.當有沉淀析出時，溶液達到飽和，溶液中有關離子濃度冪的乘積等于溶度積常數.當溶液中Cl－恰好完全沉淀時，c(Cl－)＝1.0×10－5mol·L－1，根據可算出此時c(Ag＋)＝2.0×10－5mol·L－1.再根據Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)·c()＝2.0×10－12，可算出c()＝5.0×10－3mol·L－1.

化學計算不是考查學生純粹的數學計算，主要是從物質的量的角度，考查學生對基本概念、基本理論和變化規律的理解和應用，重在提高學生定量研究問題的能力.