高考化學計算題題型分析

張興前

(華南師范大學附屬中學南海實驗高級中學)

分析近年來的高考化學試題發現,高考對于化學計算考查的知識點相對穩定,但在考查方式方面有所創新,要求學生既要掌握解題方法,還要提高知識的綜合應用能力.2023年全國各地高考理綜以新教材老高考的形式為主,取消了選做題,非選擇題由原來的“3＋2”變為現在的4道試題,但計算題作為定量研究化學知識的重要方式,預計在高考試題中的考查形式不會發生很大的變化,在延續往年的考查形式的基礎上,會增加綜合類知識的考查,以體現學生的核心素養.

1 以物質的量為基礎的計算

物質的量是化學學科中聯系宏觀與微觀的重要物理量,是學生學習化學知識的核心,也是定量研究化學的基礎.在高考中,以物質的量為基礎的計算常以選擇題的形式出現,學生在解答時要在扎實掌握化學基本概念和理論的基礎上,明確考查方向,運用有效的方法解決問題.

例1(2022年全國甲卷)NA為阿伏加德羅常數的值,下列說法正確的是( ).

A.25 ℃,101kPa下,28L 氫氣中質子的數目為2.5NA

B.2.0L1.0mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的數目為2.0NA

C.0.2mol苯甲酸完全燃燒,生成CO2的數目為1.4NA

D.電解熔融CuCl2,陰極質量增加6.4g,外電路中通過電子的數目為0.1NA

分析本題是典型的以NA為基礎的高考試題,是常見的考查形式.25 ℃,101kPa不是標準狀況,不能使用22.4L·mol-1進行計算,即28L氫氣中含有的質子數不一定為2.5NA個,選項A 錯誤.Al3＋是弱堿陽離子,在溶液中會水解,2.0 L1.0 mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的數目小于2.0NA,選項B 錯誤.1個苯甲酸分子中含7個碳原子,由碳原子個數守恒可知,0.2mol苯甲酸完全燃燒生成的CO2分子數為1.4NA個,選項C 正確.電解熔融CuCl2,陰極反應為Cu2＋＋2e-＝Cu,故當陰極質量增加6.4g時,外電路中通過電子的數目為0.2NA,選項D 錯誤.答案為C.

在解答這類試題的過程中,常用以下兩種方法:1)利用整體和部分的數量關系:確定粒子數,弄清楚微粒中相關粒子(質子、中子、電子、離子)之間的數量關系.2)利用最簡式:最簡式相同的混合物可考慮直接利用最簡式計算.

2 以熱化學方程式為基礎的計算

熱化學方程式是研究化學能量變化的基礎,在近年高考中備受命題者的青睞.以熱化學方程式為基礎的計算類試題,往往以蓋斯定律的應用為基礎計算所給熱化學方程式的反應熱,然后與化學平衡相結合進行綜合考查.解答此類試題時,學生須認真分析所給熱化學方程式,仔細厘清其中的計算關系,明確化學平衡的計算公式.

例2(2022年湖北卷,節選)自發熱材料在生活中的應用日益廣泛.某實驗小組為探究“CaO-Al-H2O”體系的發熱原理,在隔熱裝置中進行了5組實驗(編號為a～e),測得相應實驗體系的溫度升高值(ΔT)隨時間(t)的變化曲線,如圖1所示.

圖1

回答下列問題:

(1)已知:①CaO(s)＋H2O(l)＝Ca(OH)2(s)ΔH1＝-65.17kJ·mol-1.

②Ca(OH)2(s)＝Ca2＋(aq)＋2OH-(aq)ΔH2＝-16.73kJ·mol-1.

則CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)＝Ca2＋(aq)＋2[Al(OH)4]-(aq)＋3H2(g)的ΔH4＝_______kJ·mol-1.

(2)溫度為T時,Ksp[Ca(OH)2]＝x,則Ca(OH)2飽和溶液中c(OH-)＝_________(用含x的代數式表示).

分析本題以物質性質的探究實驗為基礎,考查學生的數據分析能力.

(1)根據蓋斯定律,①＋②＋2×③可得所求熱化學方程式,則

(2)溫度為T時,Ca(OH)2飽和溶液中,

3 以晶胞為基礎的計算

由于2023年高考以新高考形式為主,所以高考中對以晶胞為基礎的計算也不再局限于選做題中.學生在解答以晶胞為基礎的計算題時,要能透過現象看本質,緊抓公式xM＝ρa3NA(x為粒子個數,M為晶體的摩爾質量,ρ為晶體的密度,a為1個立方晶胞的邊長,NA為阿伏加德羅常數的值),其中任意一個量都可以通過將其他量套入公式進行計算.

例3(多選)(2022年山東卷)Cu2-xSe是一種鈉離子電池正極材料,充放電過程中正極材料立方晶胞(示意圖)的組成變化如圖2所示,晶胞內未標出因放電產生的0價Cu原子.下列說法正確的是( ).

圖2

A.每個Cu2-xSe晶胞中Cu2＋個數為x

B.每個Na2Se晶胞完全轉化為Cu2-xSe晶胞,轉移電子數為8

C.每個NaCuSe晶胞中0價Cu原子個數為1-x

D.當NayCu2-xSe 轉化為NaCuSe 時,每轉移(1-y)mol電子,產生(1-x)molCu原子

分析本題意在考查學生的空間想象能力和計算能力,有利于培養學生的模型認知、創新意識及宏觀辨識與微觀探析等核心素養.由晶胞結構可知,位于頂點和面心的Se2-個數為,位于體內的Cu2＋和Cu＋的個數之和為8,設晶胞中的Cu2＋和Cu＋的個數分別為a和b,則a＋b＝8-4x,由化合價代數和為0可得2a＋b＝4×2,解得a＝4x,選項A錯誤.由題意可知,Na2Se轉化為Cu2-xSe的電極反應式為Na2Se-2e-＋(2-x)Cu＝Cu2-xSe＋2Na＋,由晶胞結構可知,位于頂點和面心的Se2-個數為,則每個晶胞中含有4個Na2Se,轉移電子數為8,選項B 正確.由題意可知,Cu2-xSe 轉化為NaCuSe的電極反應式為Cu2-xSe＋e-＋Na＋＝NaCuSe＋(1-x)Cu,由晶胞結構可知,位于頂點和面心的Se2-個數為,則每個晶胞中含有4個NaCuSe,晶胞中0價銅原子個數為(4-4x),選項C 錯誤.由題意可知,NayCu2-xSe 轉化為NaCuSe的電極反應式為NayCu2-xSe＋(1-y)e-＋(1-y)Na＋＝NaCuSe＋(1-x)Cu,所以每轉移(1-y)mol電子,產生(1-x)molCu,選項D 正確.答案為B、D.

隨著新高考制度的實施,高考試題會逐漸偏向考查學生的知識應用能力,側重提高學生的化學學科核心素養,命題者對化學計算的關注會逐漸增加,特別是與人們生產、生活聯系密切的計算.因此,學生在平時的復習中要注重總結歸納適合自己的計算方法,掌握扎實的基礎知識,為高考助力.

(完)