2022年高中化学常见化学计算方法 .pdf
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1、. . - 1 - / 15 常见化学计算方法主要有:差量法、十字交叉法、平均法、守恒法、极值法、关系式法、方程式叠加法、等量代换法、摩尔电子质量法、讨论法、图象法(略)、对称法(略) 。一、差量法在一定量溶剂的饱和溶液中,由于温度改变(升高或降低),使溶质的溶解度发生变化,从而造成溶质(或饱和溶液)质量的差量;每个物质均有固定的化学组成,任意两个物质的物理量之间均存在差量;同样,在一个封闭体系中进行的化学反应,尽管反应前后质量守恒,但物质的量、固液气各态物质质量、气体体积等会发生变化,形成差量。差量法就是根据这些差量值,列出比例式来求解的一种化学计算方法。该方法运用的数学知识为等比定律与其衍
2、生式:abcdacbd或cadb。差量法是简化化学计算的一种主要手段,在中学阶段运用相当普遍。常见的类型有:溶解度差、组成差、质量差、体积差、物质的量差等。在运用时要注意物质的状态相相同,差量物质的物理量单位要一致。1. 将碳酸钠和碳酸氢钠的混合物21.0g ,加热至质量不再变化时,称得固体质量为12.5g 。求混合物中碳酸钠的质量分数。2. 实验室用冷却结晶法提纯KNO3,先在 100时将 KNO3配成饱和溶液,再冷却到30,析出KNO3。现欲制备500g 较纯的 KNO3,问在 100时应将多少克KNO3溶解于多少克水中。 (KNO3的溶解度100时为 246g, 30时为 46g)3.
3、某金属元素R 的氧化物相对分子质量为m ,相同价态氯化物的相对分子质量为n,则金属元素R 的化合价为多少?4. 将镁、铝、铁分别投入质量相等、足量的稀硫酸中,反应完毕后所得各溶液的质量相等,则投入的镁、铝、铁三种金属的质量大小关系为()(A)AlMg Fe (B)FeMg Al (C)MgAl Fe (D)Mg=Fe=Al 5. 取 Na2CO3和 NaHCO3混和物 9.5g ,先加水配成稀溶液,然后向该溶液中加9.6g 碱石灰(成分是CaO和 NaOH ) ,充分反应后,使Ca2+、HCO3-、CO32-都转化为 CaCO3沉淀。再将反应容器水分蒸干,可得20g 白色固体。试求:(1)原混
4、和物中Na2CO3和 NaHCO3的质量;(2)碱石灰中CaO和 NaOH 的质量。6. 将 12.8g 由 CuSO4和 Fe 组成的固体,加入足量的水中,充分反应后,滤出不溶物,干燥后称量得5.2g。试求原混和物中CuSO4和 Fe 的质量。二、十字交叉法凡能列出一个二元一次方程组来求解的命题,即二组分的平均值,均可用十字交叉法,此法把乘除运算转化为加减运算,给计算带来很大的方便。十字交叉法的表达式推导如下:设A、B表示十字交叉的两个分量,AB表示两个分量合成的平均量,xA、xB分别表示A和 B占平均量的百分数,且xA+xB=1,则有:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
5、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - . . - 2 - / 15 AxA+BxB=AB(xA+xB)化简得:xxABBAABAB若把AB放在十字交叉的中心,用A、B与其交叉相减,用二者差的绝对值相比即可得到上式。十字交叉法应用非常广,但不是万能的,其适用围如表42:含化学义量类型A 、B ABxA、xB 1 溶液中溶质质量分数混合溶液中溶质质量质量分数质量分数xxABBAABAB2 物质中某元素质量分数混合物中某元素质量分数质量分数3 同位素相对原子质量元素相对原子质
6、量同位素原子百分组成4 某物质相对分子质量混合物平均相对分子质量物质的量分数或体积分数5 某物质分子组成混合物的平均分子组成物质的量分数6 用于某些综合计算:如十字交叉法确定某些盐的组成、有机物的组成等正确使用十字交叉法解题的关键在于:(1)正确选择两个分量和平均量;(2)明确所得比为谁与谁之比;(3)两种物质以什么为单位在比。尤其要注意在知道质量平均值求体积或物质的量的比时,用此法并不简单。1. 现有 50g 5%的 CuSO4溶液,把其浓度增大一倍,可采用的方法有:( 1)可将原溶液蒸发掉g 水; (2)可向原溶液中加入12.5% CuSO4溶液 g; ( 3)可向原溶液中加入胆矾g; (
7、4)可向原溶液中加入CuSO4白色粉末g。2 . 今有 NH4NO3和 CO(NH2)2混合化肥,现测得含氮质量分数为40% ,则混合物中NH4NO3和 CO(NH2)2的物质的量之比为()(A)43 (B)11 (C)34 (D)23 3. (1)已知溶质质量分数分别为19x%和 x% 的两硫酸溶液,若将它们等体积混和,则所得混和液的溶质质量分数与 10 x 的大小关系如何?(2)已知溶质质量分数为a% 的氨水物质的量浓度是b molL-1,则a2% 的氨水物质的量浓度与b2 molL-1的大小关系如何?4. 将金属钠在空气中燃烧,生成Na2O与 Na2O2的混合物。取该燃烧产物7.48g
8、溶于水制成1000mL溶液,取出10mL ,用 0.1molL-1的盐酸中和,用去盐酸20mL ,试求该产物中Na2O的物质的量分数。5. 0.8molCO2通入 1L1molL-1NaOH 溶液中,试求所得溶液中溶质的物质的量。三、平均法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - . . - 3 - / 15 对于含有平均含义的定量或半定量习题,利用平均原理这一技巧性方法,可省去复杂的计算,迅速地作出判断,巧妙地得出答案
9、,对提高解题能力大有益处。平均法实际上是对十字交叉所含原理的进一步运用。解题时,常与十字交叉结合使用,达到速解之目的。原理如下:若 AB,且符合ABxAxBxxAxB xABABAB% ,则必有AABB,其中 AB 是 A、B的相应平均值或式。 xAxB分别是 A、B的份数。常见的类型有:元素质量分数、相对原子质量、摩尔电子质量、双键数、化学组成等平均法。有时运用平均法也可讨论围问题。1. 某硝酸铵样品中氮的质量分数25% ,则该样品中混有的一组杂质一定不是()(A)CO(NH2)2和 NH4HCO3(B)NH4Cl 和 NH4HCO3(C)NH4Cl 和(NH4)2SO4(D)(NH4)2S
10、O4和 NH4HCO32. 把含有某一种氯化物杂质的氯化镁粉末95mg溶于水后,与足量的硝酸银溶液反应,生成氯化银沉淀300mg,则该氯化镁中的杂质可能是()(A)氯化钠(B)氯化铝(C)氯化钾(D)氯化钙3. 某含杂质的CaCO3样品只可能含有以下括号中四种杂质中的两种。取10g 该样品和足量盐酸反应,产生了2.24L 标准状况下的CO2气体。则该样品中一定含有杂质,可能含有杂质。(杂质: KHCO3、MgCO3、K2CO3、SiO2)4 . (1)碳酸氢铵在170时完全分解,生成的混和气体平均相对分子质量是。(2)某爆鸣气中H2和 O2的质量分数分别为75% 和 25% ,则该爆鸣气对氢气
11、的相对密度是。(3)体积为 1L 的干燥容器充入HCl 气体后,测得容器中气体对氧气相对密度为1.082 , 用此气体进行喷泉实验,当喷泉停止后,进入容器中液体的体积是。附:平均摩尔质量(M )的求法:Mmn 总总m总混和物总质量 n总混和物总物质的量M =M1n1%+M2n2%+ M1、M2各组分的摩尔质量,n1% 、n2% 各组分的物质的量分数。(注:M 如是元素的摩尔质量,则M1、M2是各同位素的摩尔质量,n1% 、n2% 是各同位素的原子分数(丰度)。 )M 如是气体混合物的摩尔质量,则有M =M1V1%+M2V2%+ (注: V1% 、V2% 气体体积分数。 )M 如是气体混合物的摩
12、尔质量,则有M =dMA ( 注: MA为参照气体的摩尔质量,d 为相对密度 ) 四、守恒法在化学反应中存在一系列守恒现象,如:质量守恒(含原子守恒、元素守恒)、电荷守恒、电子得失守恒、能量守恒等, 利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。电荷守恒即对任一电中性的体系,如化合物、 混和物、 溶液、胶体等,电荷的代数和为零,即正电荷总数和负电荷总数相等。电子得失守恒是指在发生氧化- 还原反应时,氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数,无论是自发进行的氧化- 还原反应还是以后将要学习的原电池或电解池均如此。a. 质量守恒1 . 有 0.4g 铁的氧化物,用足量的CO 在高温下将其还原,把生成的
13、全部CO2通入到足量的澄清的石灰水中得到 0.75g 固体沉淀物,这种铁的氧化物的化学式为()A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Fe4O52. 将几种铁的氧化物的混合物加入100mL 、7mol? L1的盐酸中。氧化物恰好完全溶解,在所得的溶液入0.56L(标况)氯气时,恰好使溶液中的Fe2+完全转化为Fe3+,则该混合物中铁元素的质量分数为()A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6% b. 电荷守恒法3.将 8gFe2O3投入 150mL某浓度的稀硫酸中,再投入7g 铁粉收集到1.68LH2(标准状况) ,同时, Fe 和 Fe2O3均无剩
14、余,为了中和过量的硫酸,且使溶液中铁元素完全沉淀,共消耗4mol/L 的 NaOH溶液 150mL。则原硫酸的物质的量浓度为()名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - . . - 4 - / 15 A. 1.5mol/L B. 0.5mol/L C. 2mol/L D. 1.2mol/L 4. 镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁,将燃烧后的产物全部溶解在50mL 1.8 molL-1盐酸溶液中,以20mL0.9 mol
15、L-1的氢氧化钠溶液中和多余的酸,然后在此溶液中加入过量碱把氨全部释放出来,用足量盐酸吸收,经测定氨为0.006mol ,求镁带的质量。c. 得失电子守恒法5 . 某稀硝酸溶液中,加入5.6g 铁粉充分反应后,铁粉全部溶解,生成NO ,溶液质量增加3.2g ,所得溶液中Fe2+和 Fe3+物质的量之比为()A. 4 1 B. 21 C. 11 D. 32 6. (1)0.5mol 铜片与足量的浓HNO3反应,收集到的气体经干燥后(不考虑损耗),测知其密度在标准状况下为 2.5 gL-1,其体积为L。(2) 0.5mol 铜片与一定量的浓HNO3反应,收集到的气体经干燥后(不考虑损耗) 在标准状
16、况下的体积为17.92L ,则参加反应的硝酸物质的量为;若将这些气体完全被水吸收,则应补充标准状况下的氧气体积为L。 (不考虑2NO2N2O4反应)7. 已知: 2Fe2+Br2 = 2Fe3+2Br-,若向 100mLFeBr2溶液中缓缓通入2.24L 标准状况下的氯气,结果有三分之一的 Br-离子被氧化成Br2单质,试求原FeBr2溶液的物质的量浓度。五、极值法“极值法”即“极端假设法” ,是用数学方法解决化学问题的常用方法,一般解答有关混合物计算时采用。可分别假设原混合物是某一纯净物,进行计算,确定最大值、最小值,再进行分析、讨论、得出结论。1. 常温下,向20L 真空容器 amolH2
17、S和 bmolSO2(a、b 都是正整数,且a5,b5) ,反应完全后,容器可能达到的最大密度约是()(A)25.5 gL-1(B)14.4 gL-1(C)8 gL-1(D)5.1 gL-12. 在标准状况下,将盛满NO 、NO2、O2混合气的集气瓶,倒置于水槽中,完全溶解,无气体剩余,其产物不扩散,则所得溶液的物质的量浓度(C)数值大小围为()(A) 01224C.(B)139 2128.C(C)128122 4C.(D)139 2122 4.C3. 当用 mmol Cu与一定量的浓HNO3反应,在标准状况下可生成nL 的气体,则m与 n 的数值最可能的关系是()(A) mn22 4 .(B
18、)nmn2243448.(C) mn344 8 .(D)无法判断4. 将一定质量的Mg 、Zn、Al 混合物与足量稀H2SO4反应,生成H2 2.8 L(标准状况),原混合物的质量可能是( )A.2g B.4g C.8g D.10g 六、关系式法实际化工生产中以与化学工作者进行科学研究时,往往涉与到多步反应: 从原料到产品可能要经过若干步反应;测定某一物质的含量可能要经过若干步中间过程。对于多步反应体系,依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质的量的关系,并据此列比例式进行计算求解方法,称为“关系式”法。利用关系式法可以节省不必要的中间运算步骤,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。用关
19、系式解题的关键是建立关系式,建立关系式的方法主要有: 1、利用微粒守恒关系建立关系式,2、利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式,3、利用方程式的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - . . - 5 - / 15 加合建立关系式。1. 工业上制硫酸的主要反应如下:4FeS2+11O2高温2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2催化剂2SO3 SO3+H2O=H2SO4 煅烧 2.5t含 85FeS2的黄铁矿石(杂质
20、不参加反应)时,FeS2中的 S有 5.0 损失而混入炉渣,计算可制得98硫酸的质量。七、方程式叠加法许多化学反应能发生连续、一般认为完全反应,这一类计算,如果逐步计算比较繁。如果将多步反应进行合并为一个综合方程式,这样的计算就变为简单。如果是多种物质与同一物质的完全反应,若确定这些物质的物质的量之比,也可以按物质的量之比作为计量数之比建立综合方程式,可以使这类计算变为简单。1. 将 2.1g 由 CO 和 H2 组成的混合气体,在足量的O2充分燃烧后,立即通入足量的Na2O2固体中,固体的质量增加A. 2.1g B. 3.6g C. 4.2gD. 7.2g 八、等量代换法在混合物中有一类计算
21、:最后所得固体或溶液与原混合物的质量相等。这类试题的特点是没有数据,思考中我们要用 “此物”的质量替换“彼物”的质量,通过化学式或化学反应方程式计量数之间的关系建立等式,求出结果。1.有一块 Al-Fe合金,溶于足量的盐酸中,再用过量的NaOH溶液处理,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧完全变成红色粉末后,经称量,红色粉末的质量恰好与合金的质量相等,则合金中铝的质量分数为()A. 70 B. 30 C. 47.6 D. 52.4九、摩尔电子质量法在选择计算题中经常有金属单质的混合物参与反应,金属混合物的质量没有确定,又由于价态不同,发生反应时转移电子的比例不同,讨论起来极其麻烦。此时引进新概念
22、 “摩尔电子质量” 计算就极为简便, 其方法是规定 “每失去 1mol 电子所需金属的质量称为摩尔电子质量”。可以看出金属的摩尔电子质量等于其相对原子质量除以此时显示的价态。如Na、K等一价金属的摩尔电子质量在数值上等于其相对原子质量,Mg 、Ca、Fe、Cu等二价金属的摩尔电子质量在数值上等于其相对原子质量除以2,Al 、Fe 等三价金属的摩尔电子质量在数值上等于其相对原子质量除以 3。1.由两种金属组成的合金10g 投入足量的稀硫酸中,反应完全后得到氢气11.2L( 标准状况下 ) ,此合金可能是()A. 镁铝合金 B. 镁铁合金 C. 铝铁合金 D. 镁锌合金十、讨论法讨论法:在某些化学
23、问题的求解过程中,无法确定某一物质的相关物理量,这时可根据化学事实或原理,确定其围,据此再对围中的相关数据进行合理性取舍或具体化计算,从而使该化学问题得以解决。在确定围的过程中,必然会运用到数学中的不等式知识。这类问题常常是综合性问题,难度也较大,解题的关键是如何构造不等式,即要找准化学问题与不等式之间的联结点。在化学解题过程中应注意有序思维和问题解决的完整性。1. 在天平两端的两个质量相等的烧杯里各盛有100mL 、10molL-1的盐酸,然后分别加入ag 镁粉和 bg 铝粉,欲使充分反应后天平仍保持平衡,试确定a 的取值围以与在a 不同的取值围a 与 b 之间的关系。名师资料总结 - -
24、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - . . - 6 - / 15 常见化学计算方法详细答案:一、 1.解析混合物质量减轻是由于碳酸氢钠分解所致,固体质量差21.0g-14.8g=6.2g,也就是生成的 CO2和 H2O的质量,混合物中 m(NaHCO3)=168 6.2g 62=16.8g , m(Na2CO3)=21.0g-16.8g=4.2g,所以混合物中碳酸钠的质量分数为20% 。2. 分析本例是涉与溶解度的一道计算题。解答此题应
25、具备理解透彻的概念、找准实际的差量、完成简单的计算等三方面的能力。题中告知,在100和 30时, 100g 水中分别最多溶解KNO3246g 和46g,由于冷却时溶剂的质量未变,所以温度从100下降到 30时,应析出晶体246g-46g=200g(溶解度之差)。由题意又知,在温度下降过程中溶质的析出量,据此可得到比例式,求解出溶剂水的质量。再根据水的质量从而求出配制成100饱和溶液时溶质KNO3的质量。解设所用水的质量为x,根据题意,可列下式:25646100500ggggx解得: x=250g 又设 100时饱和溶液用KNO3的质量为 y,根据溶质与溶剂的对应关系,列式如下:24610025
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