方法一电解质溶液的计算法宝——电荷守恒法涉及溶液中离子浓度的计算时常需用到电荷守恒,首先找出溶液中所有阳离子和阴离子,再根据阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数列等式。
如Al2(SO4)3、NH4NO3混合溶液的电荷守恒为3c(Al3+)+c(NH+4)+c(H+)=2c(SO2-4)+c(NO-3)+c(OH-)。
注意一般情况下,列电荷守恒等式时不能忽略H+、OH-,但在计算时,酸性溶液中常可忽略OH-,碱性溶液中常可忽略H+。
针对训练1.(2016·河南安阳一中月考)在硫酸钠和硫酸铝的混合溶液中,Al3+的物质的量浓度为0.2 mol·L-1,SO2-4为0.4 mol·L-1,溶液中Na+的物质的量浓度为()A.0.1 mol·L-1B.0.2 mol·L-1C.0.3 mol·L-1D.0.4 mol·L-1答案 B解析在任何一个溶液中,阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,则有3c(Al3+)+c(Na+)=2c(SO2-4),解得c(Na+)=0.2 mol·L-1。
2.某硫酸铝和硫酸镁的混合液中,c(Mg2+)=2 mol·L-1,c(SO2-4)=6.5 mol·L-1,若将200 mL 的此混合液中的Mg2+和Al3+分离,至少应加入1.6 mol·L-1的氢氧化钠溶液()A.0.5 L B.1.625 LC.1.8 L D.2 L答案 D解析根据电荷守恒得:2c(Mg2+)+3c(Al3+)=2c(SO2-4),c(Al3+)=2×6.5 mol·L-1-2×2 mol·L-13=3 mol·L-1,加入氢氧化钠溶液使Mg2+、Al3+分离,此时NaOH转化为Na2SO4和NaAlO2,由电荷守恒得:V (NaOH)=2n (SO 2-4)+n (AlO -2)c (NaOH )=2×6.5 mol·L -1×0.2 L +3 mol·L -1×0.2 L 1.6 mol·L -1=2 L 。
方法二 化学方程式计算中的巧思妙解——差量法化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。
解题的一般步骤为 (1)准确写出有关反应的化学方程式;(2)深入细致地分析题意,关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。
该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比;(3)根据反应方程式,从“实际差量”寻找比例关系,列比例式求解。
针对训练3.将12 g CO 和CO 2的混合气体通过足量灼热的氧化铜后,得到气体的总质量为18 g ,求原混合气体中CO 的质量分数。
答案 原混合气体中CO 的质量分数为87.5%。
解析 设原混合气体中CO 的质量分数为x 。
CuO +CO =====△Cu +CO 2 气体质量增加(差量) 28 44 44-28=16 12x g 18 g -12 g =6 g 2816=12x g6 g解得x =0.875。
4.为了检验某含有NaHCO 3杂质的Na 2CO 3样品的纯度,现将w 1 g 样品加热,其质量变为w 2 g ,则该样品的纯度(质量分数)是( ) A.84w 2-53w 131w 1 B.84(w 1-w 2)31w 1C.73w 2-42w 131w 1D.115w 2-84w 131w 1答案 A解析 由题意知(w 1-w 2)g 应为NaHCO 3分解生成的CO 2和H 2O 的质量,设样品中NaHCO 3质量为x g ,由此可到如下关系:2NaHCO 3=====△Na 2CO 3+CO 2↑+H 2O 2×84 62 x w 1-w 2 则x =84(w 1-w 2)31,故样品纯度为m (Na 2CO 3)m (样品)=w 1-x w 1=84w 2-53w 131w 1。
5.16 mL 由NO 与NH 3组成的混合气体在催化剂作用下于400 ℃左右可发生反应:6NO +4NH 35N 2+6H 2O(g),达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5 mL ,则原混合气体中NO 与NH 3的物质的量之比有四种情况:①5∶3 ②3∶2 ③4∶3 ④9∶7。
其中正确的是( ) A .①② B .①④ C .②③ D .③④答案 C解析 根据反应前后气体的总体积,可用差量法直接求解。
6NO +4NH 35N 2+6H 2O(g) ΔV (气体的体积差) 6 mL 4 mL 5 mL 6 mL (5+6)-(4+6) =1(mL)(理论差量) 9 mL 6 mL 17.5-16=1.5(mL)(实际差量)由此可知共消耗15 mL 气体,还剩余1 mL 气体,假设剩余的气体全部是NO ,则V (NO)∶V (NH 3)=(9 mL +1 mL)∶6 mL =5∶3,假设剩余的气体全部是NH 3,则V (NO)∶V (NH 3)=9 mL ∶(6 mL +1 mL)=9∶7,但因该反应是可逆反应,剩余气体实际上是NO 、NH 3的混合气体,故V (NO)∶V (NH 3)介于5∶3与9∶7之间,对照所给的数据知3∶2与4∶3在此区间内。
方法三 解答连续反应类型计算题的捷径——关系式法关系式是物质间关系的一种简化式子,解决多步反应,计算最简捷。
多步反应中建立关系式的方法:1.叠加法(如利用木炭、水蒸气制取氨气)⎭⎪⎬⎪⎫C +H 2O (g )=====高温CO +H 2CO +H 2O (g )=====高温CO 2+H 2⇒⎭⎪⎬⎪⎫C +2H 2O (g )=====高温CO 2+2H 2N 2+3H 2高温、高压催化剂2NH 3⇒ 由木炭、水蒸气制取NH 3的关系为3C ~4NH 3。
2.元素守恒法4NH 3+5O 2=====催化剂△4NO +6H 2O 2NO +O 2===2NO 23NO 2+H 2O===2HNO 3+NO经多次氧化和吸收,由N 元素守恒知:NH 3~HNO 3。
3.电子转移守恒法NH 3――→失去8e-HNO 3,O 2――→得4e-2O -2由得失电子总数相等知,NH 3经氧化等一系列过程生成HNO 3,NH 3和O 2的关系为NH 3~2O 2。
针对训练6.铜和镁的合金4.6 g 完全溶于浓硝酸,若反应后硝酸被还原,只产生4 480 mL 的NO 2气体和336 mL 的N 2O 4气体(都已折算到标准状况),在反应后的溶液中,加入足量的氢氧化钠溶液,生成沉淀的质量为( ) A .9.02 g B .8.51 g C .8.26 g D .7.04 g 答案 B解析 最后沉淀为Cu(OH)2和Mg(OH)2,Cu 和Mg 共4.6 g ,关键是求增加的n (OH -),n (OH-)等于金属单质所失电子的物质的量,即n (OH -)=4 48022 400×1 mol +33622 400×2 mol =0.23 mol ,故沉淀的质量为4.6 g +0.23×17 g =8.51 g 。
7.黄铁矿主要成分是FeS 2。
某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时,取0.100 0 g 样品在空气中充分灼烧,将生成的SO 2气体与足量Fe 2(SO 4)3溶液完全反应后,用浓度为0.020 00 mol·L -1的K 2Cr 2O 7标准溶液滴定至终点,消耗K 2Cr 2O 7标准溶液25.00 mL 。
已知:SO 2+2Fe 3++2H 2O===SO 2-4+2Fe 2++4H +Cr 2O 2-7+6Fe 2++14H +===2Cr 3++6Fe 3++7H 2O(1)样品中FeS 2的质量分数是(假设杂质不参加反应)________(保留1位小数)。
(2)煅烧10 t 上述黄铁矿,理论上产生SO 2的体积(标准状况)为________L ,制得98%的硫酸质量为________t 。
答案 (1)90.0% (2)3.36×106 15解析 (1)据方程式:4FeS 2+11O 2=====高温2Fe 2O 3+8SO 2SO 2+2Fe 3++2H 2O===SO 2-4+2Fe 2++4H + Cr 2O 2-7+6Fe 2++14H +===2Cr 3++6Fe3++7H 2O 得关系式:Cr 2O 2-7~6Fe 2+~3SO 2~32FeS 2 1320.020 00 mol·L -1×0.025 00 L m (FeS 2)120 g·mol -1 m (FeS 2)=0.090 00 g样品中FeS 2的质量分数为90.0%。
(2)4FeS 2+11O 2=====高温2Fe 2O 3+8SO 2 4 mol 8 mol 10×106×0.9120 mol n (SO 2)n (SO 2)=1.5×105 mol V (SO 2)=3.36×106 L 由SO 2 ~SO 3 ~H 2SO 4 1 mol 98 g1.5×105 mol m (H 2SO 4)×98% 得m (H 2SO 4)=1.5×107 g =15 t 。
方法四 混合物类计算的“简化高手”——平均值法 1.依据若X A >X B ,则X A >X >X B ,X 代表平均相对原子(分子)质量、平均浓度、平均含量、平均生成量、平均消耗量等。
2.应用已知X 可以确定X A 、X B 的范围;若已知X A 、X B 可以确定X 的范围。
解题的关键是要通过平均值确定范围,很多问题的平均值需根据条件先确定下来再作出判断。
实际上,它是极值法的延伸。
针对训练8.两种金属混合物共15 g,投入足量的盐酸中,充分反应后得到11.2 L H2(标准状况),则原混合物的组成肯定不可能为()A.Mg和Ag B.Zn和CuC.Al和Zn D.Al和Cu答案 B解析本题可用平均摩尔电子质量(即提供1 mol电子所需金属的质量)法求解。
反应中H+被还原生成H2,由题意可知15 g金属混合物可提供1 mol e-,其平均摩尔电子质量为15 g·mol -1。
选项中金属Mg、Zn、Al的摩尔电子质量分别为12 g·mol-1、32.5 g·mol-1、9 g·mol-1,其中不能与盐酸反应的Ag和Cu的摩尔电子质量可看做无穷大。