高考化学二轮复习专题------化学计算的基本方法技巧一.专题动态分析:高考理科综合能力测试中,化学计算试题有选择、填空、简答、全过程计算等基本题型。
与过去3+2单科化学卷不同的是,“3+X”理科综合测试中化学计算题的难度大大降低,题型理科综合测试中的化学计算除保留原来的混合物计算、复杂化学式计算、过量问题的计算、范围讨论型等基本计算题型外,同时还开发了数据缺省型计算、学科间综合计算、信息迁移型计算、图象问题计算等多样化题型,从不同角度和不同层面上考查学生能力和水平。
高考化学计算试题注重对知识的理解和应用考查,重视对计算思路方法的考查,削减了数学计算容量,恢复了化学的本质。
这一信号告诉我们,不要将化学计算简单地理解为数学应用题,那样将会失去化学计算题对提高学生水平和能力作用的本意。
可以预料,定性和定量融合的试题将会成为理综卷的主流题型。
新的高考模式中,化学计算素材重要的着眼点之一就是注重体现“化学与社会”“科学与技术”的关系,显示化学计算与社会、生产及生活广泛联系,使化学计算视角更为广阔。
例如化工计算、环境的污染与治理的计算等。
二.化学计算中常用的基本方法与思路;(1)守恒法守恒法就是巧妙地选择化学式中某两数(如总化合价数、正负电荷总数)始终保持相等,或几个连续的化学方程式前后某粒子(如原子、电子、离子)的物质的量保持不变,作为解题的依据,这样可避免书写化学方程式,从而提高解题的速度和准确性。
化学中有多种守恒关系。
学习中要理顺各种守恒关系之间的内在联系,拓宽主要守恒关系的外延。
绝大部分守恒关系是由质量守恒定律衍生出来的,可表示为:从具体应用挖掘各种守恒关系在不同情形下有不同的形式。
如电子守恒关系有以下几种表现形式:【例1】Cu、Cu2O和CuO组成的混合物,加入100Ml0.6mol/LHNO3溶液恰好使混合物溶解,同时收集到224mLNO气体(标准状况)。
求:(1)写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式。
(2)产物中硝酸铜的物质的量。
(3)如混合物中含0.01moLCu,则其中Cu2O、CuO的物质的量分别为多少?(4)如混合物中Cu的物质的量为X,求其中Cu2O、CuO的物质的量及X的取值范围。
【点拨】本题为混合物的计算,若建立方程组求解,则解题过程较为繁琐。
若抓住反应的始态和终态利用守恒关系进行求解,则可达到化繁为简的目的。
(1)利用电子守恒进行配平。
3Cu2O+14HNO3==6Cu(NO3)2 + 2NO↑+7H2O(2) 利用N 原子守恒。
n (HNO 3)== 0.06mol ,n (NO )== 0.01mol ,则n (Cu(NO 3)2)==(0.06-0.01)/2=0.025mol(3) 本题混合物中虽含有Cu 、Cu 2O 和CuO 三种物质,但参加氧化还原反应的只有 Cu 、Cu 2O ,所以利用电子守恒可直接求解。
转移电子总数:n (e -)= n (NO )×3==0.03molCu 提供电子数:0.01×2=0.02molCu 2O 提供电子数:0.03-0.02=0.01mol n (Cu 2O )=0.01/2=0.005moln (CuO )=0.0025-0.01-0.005×2=0.005mol(4) 根据(3)解法可得n (Cu 2O )=0.015-Xmol n (CuO )=X-0.005mol 。
根据电子守恒进行极端假设:若电子全由Cu 提供则n (Cu )=0.015mol ;若电子全由Cu 2O 提供则n (Cu 2O )=0.015mol ,则n (Cu 2+)==0.03mol 大于了0.025mol ,说明n (Cu )不等于0,另根据n (CuO )=X-0.005mol 要大于0可得n (Cu )>0.005mol 。
所以0.005mol < n (Cu )<0.015mol 。
【巩固】2、碳酸铜和碱式碳酸铜均可溶于盐酸,转化为氯化铜。
在高温下这两种化合物均能分解成氧化铜。
溶解28.4g 上述混合物,消耗1mol/L 盐酸500mL 。
燃烧等质量的上述混合物,得到氧化铜的质量是A.35gB.30 gC.20 gD.15 g(2)差量法 根据物质发生化学反应的方程式,找出反应物与生成物中某化学量从始态到终态的差量关系进行列式,实际上是比例法。
其解题关键是正确找出化学方程式中的差量(标准差)和实际发生化学反应的差量(实际差),这些差往往是同一物理量(同一单位)的差量。
具体有①质量差;②气体体积差;③物质的量差。
另外,还有压强差、以及热量差等。
【例2】10毫升某气态烃在80毫升氧气中完全燃烧后,恢复到原来状况(1.01×105Pa , 270C )时,测得气体体积为70毫升,求此烃的分子式。
【点拨】原混和气体总体积为90毫升,反应后为70毫升,体积减少了20毫升。
剩余气体应该是生成的二氧化碳和过量的氧气,下面可以利用差量法进行有关计算。
C x H y + (x+4y )O 2 xCO 2 + 2y H 2O 体积减少 1 1+4y 10 20计算可得y=4 ,烃的分子式为C 3H 4或C 2H 4或CH 4【巩固】1、现有KCl 、KBr 的混合物3.87g ,将混合物全部溶解于水,并加入过量的AgNO 3溶液,充分反应后产生6.63g 沉淀物,则原混合物中钾元素的质量分数为A.0.241B.0.259C.0.403D.0.487(3)关系式法 对于多步反应体系,可找出起始物质和最终求解物质之间的定量关系,直接列出比例式进行计算,可免去中间繁琐的计算过程。
具体有:①多步反应关系式法:对没有副反应的多步连续反应,可利用开始与最后某一元素不变的关系,建立相应关系式解题。
②循环反应关系式法:可将几个循环反应加和,消去其中某些中间产物,建立一个总的化学方程式,据此总的化学方程式列关系式解题。
另外,在混合物的计算中、复杂的化学反应计算中均可建立起相关量的关系式,这也是化学计算中的普遍方法。
【例3】为了预防碘缺乏病,国家规定每千克食盐中应含有40~50毫克的碘酸钾。
为检验某种食盐是否为加碘的合格食盐,某同学取食盐样品428克,设法溶解出其中全部的碘酸钾。
将溶液酸化并加入足量的碘化钾淀粉溶液,溶液呈蓝色,再用0.030mol/L的硫代硫酸钠溶液滴定,用去18.00mL时蓝色刚好褪去。
试通过计算说明该加碘食盐是否为合格产品。
有关反应如下:IO3-+5I-+6 H+→3I2+3H2OI2+2S2O32-→2I-+S4O62-【点拨】本题为多步反应的计算,可根据反应方程式直接建立IO3-和S2O32-的关系式进行求解。
解:6S2O32-------- IO3-6mol 1mol0.030mol/L×18.00mL×10-3nn(I2)==0.09×10-3mol每千克食盐中含KIO3:∴该加碘食盐是合格的【规律总结】实际化工生产中以及化学工作者进行科学研究时,往往涉及到多步反应: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,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、利用方程式的加合建立关系式。
【巩固】3、已知脊椎动物的骨骼中含有磷。
以下是测定动物骨灰中磷元素含量的实验方法。
称取某动物骨灰样品0.103 g,用硝酸处理,使磷转化成磷酸根。
再加入某试剂,使磷酸根又转化成沉淀。
沉淀经灼烧后得到组成为P2Mo24O77的固体(其式量以3.60 ×103计)0.504 g。
试由上述数据计算该骨灰样品中磷的质量分数。
(磷的相对原子质量以31.0 计。
)(4)平均值法【例4】由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混和物10克,与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升,则混和物中一定含有的金属是A.锌B.铁C.铝D.镁【点拨】本题利用平均摩尔电子质量求解,据10克金属与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升可得金属平均摩尔电子质量为10g/mol。
四种金属的摩尔电子质量分别为:Zn:32.5g/mol、Fe:28g/mol、Al:9g/mol、Mg:12g/mol,其中只有Al的摩尔电子质量小于10g/mol,故答案为C。
【规律总结】所谓平均值法是一种将数学平均原理应用于化学计算的解题方法。
它所依据的数学原理是:两个数Mr1和Mr2(Mr1大于Mr2)的算术平均值Mr,一定介于两者之间。
所以,只要求出平均值Mr,就可以判断出Mr1和Mr2的取值范围,再结合题给条件即可迅速求出正确答案。
常见方法有:求平均原子量、平均式量、平均摩尔电子质量、平均组成等。
【巩固】4、由10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应,产生CO20.1mol,则此样品中可能含有的杂质是A.KHCO3和MgCO3B.MgCO3和SiO2C.K2CO3和SiO2D.无法计算(5)极端假设法当两种或多种物质混合无法确定其成分及其含量时,可对数据推向极端进行计算或分析,假设混合物质量全部为其中的某一成分,虽然极端往往不可能存在,但能使问题单一化,起到了出奇制胜的解题效果。
常用于混合物与其他物质反应、化学平衡混合体系等计算。
【例5】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.2 gB.4 gC.8 gD.10 g【点拨】本题给出的数据不足,故不能求出每一种金属的质量只能确定取值范围。
三种金属中产生等量的氢气质量最大的为锌,质量最小的为铝。
故假设金属全部为锌可求的金属质量为8.125g,假设金属全部为铝可求的金属质量为2.25g,金属实际质量应在2.25g ~~8.125g之间。
故答案为B、C。
【规律总结】“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。
【巩固】5、0.03mol铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物NO、NO2、N2O4混合气体共0.05mol。
该混合气体的平均相对分子质量可能是A.30 B.46 C.50 D.66(6)讨论法有一类化学计算题,由于某一条件的不确定,结果可能是两个或两个以上,也可能在某个范围内取值,这类题需要用讨论的方法求解。
常见的类型:1、讨论反应发生的程度;2、讨论反应物是否过量;3、讨论反应物或生成物的组成范围;4、讨论不定方程的解。