高考化学解题思维方法系列讲座(1-3)

wdzajcx 2013-07-23

展开全文

高考化学解题思维方法系列讲座(1-3)

专题讲座一　化学计算中的几种常见数学思想

1．差量法

(1)差量法的应用原理

差量法是指根据化学反应前后物质的量发生的变化，找出“理论差量”。这种差量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题是先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟差量(实际差量)列成比例，然后求解。如：

2C(s)＋O₂(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol^－¹　Δm(固)，Δn(气)，ΔV(气)

2 mol　1 mol　2 mol　　221 kJ　　　　　　　24 g 　1 mol　22.4 L(标况)

(2)使用差量法的注意事项

①所选用差值要与有关物质的数值成正比例或反比例关系。

②有关物质的物理量及其单位都要正确地使用。

(3)差量法的类型及应用

①质量差法

【例1】　为了检验某含有NaHCO₃杂质的Na₂CO₃样品的纯度，现将w₁ g样品加热，其质量变为w₂ g，则该样品的纯度(质量分数)是 (　　)

②物质的量差法

【例2】　白色固体PCl₅受热即挥发并发生分解：PCl₅(g)PCl₃(g)＋Cl₂(g)。现将5.84 g PCl₅装入2.05 L真空密闭容器中，在277 ℃达到平衡，容器内压强为1.01×10⁵ Pa，经计算可知平衡时容器内混合气体的物质的量为0.05 mol，求平衡时PCl₅的分解率。

　 ③体积差法

【例3】　(2011·四川理综，12)25 ℃和101 kPa时，乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃32 mL与过量氧气混合并完全燃烧，除去水蒸气，恢复到原来的温度和压强，气体总体积缩小了72 mL，原混合烃中乙炔的体积分数为 (　　) A．12.5% B．25% C．50% D．75%

2．极值法

(1)极值法的含义

极值法是采用极限思维方式解决一些模糊问题的解题技巧。它是将题设构造为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物或生成物的量值，进行判断分析，求得结果。故也称为极端假设法。

(2)极值法解题的基本思路：

①把可逆反应假设成向左或向右进行的完全反应。

②把混合物假设成纯净物。

③把平行反应分别假设成单一反应。

(3)极值法解题的关键

紧扣题设的可能趋势，选好极端假设的落点。

【例4】　将总物质的量为n mol的钠和铝的混合物(其中钠的物质的量分数为x)，投入一定量的水中充分反应，金属没有剩余，共收集到标准状况下的气体V L。下列关系式中正确的是 (　　) A．x＝V/(11.2n) B．0<<x≤0.5

C．V＝33.6n(1－x) D．11.2n<<V≤22.4n

【例5】　在含有a g HNO₃的稀硝酸中，加入b g铁粉充分反应，铁全部溶解并生成NO，有 g HNO₃被还原，则a∶b不可能为 (　　) A．2∶1 B．3∶1 C．4∶1 D．9∶2

3．平均值规律及应用

(1)依据：若X_A>X_B ，则X_A>>X_B，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：已知可以确定X_A、X_B的范围；或已知X_A、X_B可以确定的范围。

解题的关键是要通过平均值确定范围，很多考题的平均值需要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。

【例6】　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 LH₂(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Cu C．Al和Zn D．Al和Cu

【例7】实验室将9 g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之后，所得固体中含金属单质为18 g，则该氧化物粉末可能是 (　　)

①Fe₂O₃和MnO₂ ②MnO₂和V₂O₅ ③Cr₂O₃和V₂O₅ ④Fe₃O₄和FeO

A．①② B．②④ C．①④ D．②③

4．整体思维法(终态法)

整体思维抛开事物之间复杂的变化关系，从整体认识把握事物之间联系规律，具有化繁为简，快速解题的功效，能较好的锻炼学生思维的全面性、灵活性，因此高考无论在选择还是综合性题目中经常有意设置。

【例8】　在铁和氧化铁混合物15 g中，加入稀硫酸150 mL，能放出H₂ 1.68 L(标准状况)。同时铁和氧化铁均无剩余，向反应后的溶液中滴入KSCN溶液，未见颜色变化。为了中和过量的H₂SO₄，且使Fe²^＋完全转化成Fe(OH)₂，共消耗3 mol·L^－¹的NaOH溶液200 mL，则原硫酸的物质的量浓度是 (　　) A．1.5 mol·L^－¹ B．2 mol·L^－¹ C．2.5 mol·L^－¹ D．3 mol·L^－¹

1．标准状况下，一个装满氯气的容器的质量为74.6 g，若装满氮气时总质量为66 g，则此容器的容积是 (　　) A．22.4 L B．44.8 L C．11.2 L D．4.48 L

2．标准状况下，6.72 L NO₂通过水后，收集到5.04 L气体，则被氧化的NO₂的体积(　　)

A．1.68 L B．2.52 L C．0.56 L D．1.12 L

3．把氯气通入浓氨水中，会立即发生下列反应：3Cl₂＋8NH₃·H₂O===6NH₄Cl＋N₂＋8H₂O。在标准状况下，把1.12 LCl₂、N₂的混合气体(90% Cl₂和10% N₂，均为体积分数)通过浓氨水，实验测得逸出气体体积为0.672 L(其中有50% Cl₂和50% N₂)，此反应中被氧化的NH₃的质量为 (　　) A．3.4 g B．0.34 g C．1.36 g D．4.48 g

4．取3.5 g某二价金属的单质投入50 g溶质质量分数为18.25%的稀盐酸中，反应结束后，金属仍有剩余；若取2.5 g该金属投入相同质量、相同质量分数的稀盐酸中，等反应结束后，加入该金属还可以反应。该金属的相对原子质量为 (　　)

A．24 B．40 C．56 D．65

5．1.40 g含有碱金属(M)及其氧化物(M₂O)的混合物，与水反应生成1.79 g碱，求混合物的成分及其组成。

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NO₂气体和336 mL的N₂O₄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．7.04g

7．将0.34 g Cu和CuO的混合物加入约2 mol·L^－¹浓硫酸中，并加热使其完全溶解，然后用NaOH溶液中和过量硫酸，再用水稀释到0.5 L，加入纯铁粉1.85 g，反应后过滤、干燥，得不溶物1.89 g。求置换出的铜的质量及原混合物中铜的质量分数。

答案

【例1】　A　【例2】　78.6%【例3】　B 【例4】　D　

【例5】　A　【例6】　B　【例7】　C　【例8】　B　

1．D　 2．A　 3．B　 4．A　

5．混合物由碱金属K及其氧化物K₂O组成，K的质量约为0.498 g，K₂O的质量约为0.902 g。

6．B　

7．置换出的铜的质量为0.32 g，原混合物中铜的质量分数约为70.59%。

专题讲座二　相互竞争的离子反应和氧化还原反应

反应物间一对多的化学反应常有“平行反应”和“竞争反应”两类，平行反应主要指多个反应相互间没有影响可同时进行；而竞争反应是指由于反应能力不同，多个反应按一定的先后顺序逐次进行。竞争反应主要包括两种基本题型：一是一种氧化剂(还原剂)与多种还原剂(氧化剂)反应，如把Cl₂通入含I^－、Br^－、Fe²^＋的溶液中，按照还原能力由强到弱的顺序，I^－优先反应，其次是Fe²^＋，最后是Br^－；二是一种酸(碱)与多种碱性(酸性)物质反应，如把盐酸逐滴加入到含有NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃的混合溶液中，按照碱性由强到弱的顺序，NaOH优先反应，其次是Na₂CO₃，最后是NaHCO₃，此类竞争反应的先后顺序即是其有效顺序。在实际问题中有部分看似平行的反应，由于物质的性质而出现了“有效”和“无效”两种可能性，准确地确定有效反应就成了解题的关键。

1．复分解反应之间的竞争

若某一溶液中同时存在几个可能的复分解反应，则生成更难溶解或更难电离的物质的反应将优先进行。

【例1】　写出在硫酸铝铵溶液中加入少量氢氧化钡溶液的离子方程式：

_________________________________________________________________。

即时巩固1 (2011·洛阳模拟)将足量CO₂通入KOH和Ca(OH)₂的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO₂体积(y)的关系正确的是 (　　)

即时巩固2 少量NaOH溶液滴入到NH₄HCO₃溶液中的离子方程式为________________。

即时巩固3 向NH₄Cl、AlCl₃、MgCl₂混合溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量，按反应的先后顺序，写出有关反应的离子方程式：

(1)___________________________________________________________________，

________________________________________________________________。

(2)__________________________________________________________________。

(3)__________________________________________________________________。

2．氧化还原反应之间的竞争

若某一溶液中同时含有多种还原性(氧化性)物质，则加入一种氧化剂(还原剂)时，优先氧化(还原)还原性(氧化性)强的物质。

【例2】　在含有Cu(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、AgNO₃各0.01 mol的酸性混合溶液中加入0.01 mol铁粉，经搅拌后发生的变化应是(　　) A．铁溶解，析出0.01 mol Ag和0.005 mol Cu

B．铁溶解，析出0.01 mol Ag并放出H₂

C．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Fe³^＋

D．铁溶解，析出0.01 mol Ag，溶液中不再有Cu²^＋

即时巩固4 将足量Cl₂缓缓通入含0.02 mol H₂SO₃和0.02 mol HBr的混合溶液中。在此过程中溶液的pH与Cl₂用量的关系示意图是(溶液体积变化忽略不计，且不考虑Cl₂与水反应) (　　)

即时巩固5 向NaBr、NaI和Na₂SO₃混合液中通入一定量氯气后，将溶液蒸干并充分灼烧，得到固体物质的组成可能是 (　　) A．NaCl、Na₂SO₄ B．NaBr、Na₂SO₄

C．NaCl、Na₂SO₄、I₂ D．NaCl、NaI、Na₂SO₄

即时巩固6 某稀溶液中含有Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂和HNO₃，若向其中逐渐加

入铁粉，溶液中Fe2+的浓度和加入铁粉的物质的量之间的关系如右图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为________________________。

3．氧化还原反应与非氧化还原反应之间的竞争

一般情况下，氧化还原反应优先于非氧化还原反应发生。

【例3】　写出向漂白粉溶液中通入二氧化硫气体的化学方程式。

即时巩固7 往含Fe³^＋、H^＋、NO的混合液中加入少量SO，充分反应后，下列表示该反应的离子方程式正确的是 (　　) A．2Fe³^＋＋SO＋H₂O===2Fe²^＋＋SO＋2H^＋

B．2H^＋＋SO===H₂O＋SO₂↑

C．2H^＋＋2NO＋3SO===3SO＋2NO↑＋H₂O

D．2Fe³^＋＋3SO＋3H₂O===2Fe(OH)₃↓＋3SO₂↑

即时巩固8 写出下列反应的离子方程式：

(1)FeCl₂溶液与NaClO溶液反应_______________________________________________。

(2)Na₂S与FeCl₃溶液混合_____________________________________________________。

(3)硫化钠与CuSO₄溶液混合__________________________________________________。

专题讲座三　守恒思想在化学计算中的应用

守恒法是中学化学计算中一种很重要的方法与技巧，也是在高考试题中应用最多的方法之一，其特点是抓住有关变化的始态和终态，忽略中间过程，利用其中某种不变量建立关系式，从而简化思路，快速解题。

守恒法解题依据：根据几个连续的化学方程式前后某微粒如原子、电子、离子的物质的量保持不变或质量守恒原理等列关系式解答。

1．质量守恒法

【例1】　已知Q与R的摩尔质量之比为9∶22，在反应X＋2Y===2Q＋R中，当1.6 g X与Y完全反应后，生成4.4 g R，则参与反应的Y和生成物Q的质量之比为 (　　)

A．23∶9 B．32∶9 C．46∶9 D．16∶9

【例2】　有一瓶14%的KOH溶液，加热蒸发掉100 g水后，变为28%的KOH溶液80 mL，且蒸发过程中无晶体析出，该80 mL溶液的物质的量浓度为(　　) A．5 mol·L^－¹ B．6 mol·L^－¹ C．6.25 mol·L^－¹ D．6.75 mol·L^－¹

方法总结　质量守恒定律表示：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。依据该定律和有关情况，可得出下列等式：

(1)反应物的质量之和＝生成物的质量之和。

(2)反应物减少的总质量＝生成物增加的总质量。

(3)溶液在稀释或浓缩过程中，原溶质质量＝稀释或浓缩后溶质质量(溶质不挥发、不析出)。

2．原子守恒法

从本质上讲，原子守恒和质量守恒是一致的，原子守恒的结果即质量守恒。

【例3】　38.4 mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到22.4 mL(标准状况下)气体，反应消耗的HNO₃的物质的量可能是(　　) A．1.0×10^－³ mol B．1.6×10^－³ mol

C．2.2×10^－³ mol D．2.4×10^－³ mol

3．电荷守恒

【例4】　在a L Al₂(SO₄)₃和(NH₄)₂SO₄的混合溶液中加入b mol BaCl₂，恰好使溶液中的SO完全沉淀；如加入足量强碱并加热可得到c mol NH₃，则原溶液中Al³^＋的浓度(mol·L^－¹)为 (　　) A. B. C. D.

【例5】　某混合溶液中所含离子的浓度如下表，则M离子可能为 (　　)

所含离子	NO	SO	H^＋	M
浓度(mol·L^－¹)	2	1	2	1

A.Mg²^＋ B．Ba²^＋ C．F^－ D．Na^＋

方法总结　在电解质溶液或离子化合物中，阴、阳离子的电荷数相等，即：阳离子的物质的量×阳离子的电荷数＝阴离子的物质的量×阴离子的电荷数，由此可得(1)在离子化合物中，阴、阳离子的电荷数相等；(2)在电解质溶液里，阴、阳离子的电荷数相等。

4．电子守恒法

【例6】　将1.08 g FeO完全溶解在100 mL 1.00 mol·L^－¹硫酸中，然后加入25.00 mL K₂Cr₂O₇溶液，恰好使Fe²^＋全部转化为Fe³^＋，且Cr₂O中Cr⁶^＋全部转化为Cr³^＋。则K₂Cr₂O₇的物质的量浓度是多少？

1．由(NH₄)₂SO₄和MgSO₄组成的混合物共m g，溶于水中配制10 L溶液，测得此时溶液中c(SO)＝0.15 mol·L^－¹，c(Mg²^＋)＝0.10 mol·L^－¹，则混合溶液中NH的物质的量浓度是 (　　)

A．0.10 mol·L^－¹ B．0.05 mol·L^－¹

C．0.15 mol·L^－¹ D．0.01 mol·L^－¹

2．镁铝合金5.1 g溶于300 mL 2 mol·L^－¹盐酸时，在标准状况下产生气体5.6 L。若向反应后的溶液中加入一定量烧碱溶液，生成的沉淀的最大质量为 (　　)

A．9.35 g B．12.6 g C．13.6 g D．15.8 g

3．ClO₂是一种广谱型的消毒剂，根据世界环保联盟的要求ClO₂将逐渐取代Cl₂成为生产自来水的消毒剂。工业上常用NaClO₃和Na₂SO₃溶液混合并加H₂SO₄酸化后反应制ClO₂，在以上反应中NaClO₃和Na₂SO₃的物质的量之比为 (　　)

A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．2∶3

4．某反应可表示为：mM＋nH^＋＋O₂===xM²^＋＋yH₂O，则x值为 (　　)

A．2 B．4 C．6 D．9

5．在一定条件下，分别以高锰酸钾、氯酸钾和过氧化氢为原料制取氧气，当制得同温同压下相同体积的氧气时，三个反应中转移的电子数之比为(　　)

A．1∶1∶1 B．2∶2∶1

C．2∶3∶1 D．4∶3∶2

6．20 g烧碱配制成500 mL溶液，其物质的量浓度为________mol·L^－¹；从中取出1 mL，其物质的量浓度为________mol·L^－¹，含溶质______g。若将这1 mL溶液用水稀释到100 mL，所得溶液中溶质的物质的量浓度为__________mol·L^－¹，其中含Na^＋______g。

7．在空气中暴露过的KOH固体，经分析知其成分为水7.62%、K₂CO₃ 2.38%、KOH 90%，若将1 g此样品加到46.00 mL 1 mol·L^－¹的盐酸中，过量的盐酸再用1.07 mol·L^－¹的KOH溶液中和，蒸发中和后的溶液可得固体多少克？