高中化学计算的基本方法

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高中化学计算的基本方法

 高中化学计算题的几种典型解法

一、关系式法

     关系式法是根据化学方程式计算的巧用，其解题的核心思想是化学反应中质量守恒，各反应物与生成物之间存在着最基本的比例（数量）关系。

    例题1  某种H₂和CO的混合气体，其密度为相同条件下氧气密度0.5倍，将3.2g这种混合气体通入盛有足量过氧化钠的密闭容器里，再通入过量O₂，最后容器中固体质量增加了（A）  

      A．3.2g    B．4.4g    C．5.6g     D．6.4g　

 [解析] 固体增加的质量即为H2的质量。固体增加的质量即为CO的质量。所以，最后容器中固体质量增加了3.2g，应选A。

  例题2  把3体积NO₂气体依次通过下列三个分别装有①NaHCO₃溶液②浓硫酸③Na₂O₂装置后，用排水法把残留气体收集在集气瓶中，集气瓶中的气体应是（认为Na₂O₂不与NO₂反应）（A）

A.  0.25体积O₂    B.1体积O₂    C.1体积NO₂     D.2体积CO₂            

二、方程或方程组法

     根据质量守恒和比例关系，依据题设条件设立未知数，列方程或方程组求解，是化学计算中最常用的方法，其解题技能也是最重要的计算技能。

　　例题1　有某碱金属M及其相应氧化物的混合物共10g，跟足量水充分反应后，小心地将溶液蒸干，得到14g无水晶体。该碱金属M可能是（B C）

   A．锂　  B．钠  　C．钾  　D．铷

　〔解析〕锂、钠、钾、铷的原子量分别为：6.94、23、39、85.47）设M的原子量为x解得42.5＞x＞14.5分析所给锂、钠、钾、铷的原子量，推断符合题意的正确答案是B、C。

三、守恒法

　　化学方程式既然能够表示出反应物与生成物之间物质的量、质量、气体体积之间的数量关系，那么就必然能反映出化学反应前后原子个数、电荷数、得失电子数、总质量等都是守恒的。巧用守恒规律，常能简化解题步骤、准确快速将题解出，收到事半功倍的效果。

　　例题1　将5.21g纯铁粉溶于适量稀H2SO4中，加热条件下2.53gKNO3氧化Fe2+，充分反应后需0.009molCl2才能完全氧化Fe2+，则KNO3的还原产物氮元素的化合价为___。

　　〔答案〕：+2。（得失电子守恒）

   例题2  FeS₂与硝酸反应产物有Fe³⁺和H₂SO₄，若反应中FeS₂和HNO₃物质的量之比是1∶8时，则HNO₃的唯一还原产物是 ( B )

A．NO₂      B．NO      C．N₂O　      D．N₂O₃

 四、差量法

　　找出化学反应前后某种差量和造成这种差量的实质及其关系，列出比例式求解的方法，即为差量法。其差量可以是质量差、气体体积差、压强差等。差量法的实质是根据化学方程式计算的巧用。它最大的优点是：只要找出差量，就可求出各反应物消耗的量或各生成物生成的量。

　　例题1　加热碳酸镁和氧化镁的混合物m g，使之完全反应，得剩余n g，则原混合物中氧化镁的质量分数（ A ）

A  （21n－10m）／11m           B   21（n－m）／22m

C　22（m－n）／11m             D　（41m－21n）／31m

〔解析〕设MgCO3的质量为x ，MgCO3 = MgO +CO2

88----------44

这里反应减少的质量就是产生CO2的质量为m-n克所以混合物中MgCO3的质量为：(m-n)g/44×84 = 21(m-n)/11g那么原有MgO质量为：m-(21(m-n)/11)g = (21n-10m)/11g所以其质量分数：(21n-10m)/11m×100％ 应选A。

 　　例题2  将32克KBr溶于水制成溶液，向其中通入一段时间氯气，再将溶液蒸干，并灼烧所得的物质，最后剩余固体物质的质量为23.1g。计算有多少克溴化钾转化成其他物质

 　〔解析〕反应生成的固体为KCl，可以通过KBr到KCl转变过程中的质量差求得KBr的质 （△m为KBr与KCl质量差）

2KBr＋Cl2＝2KCl＋Br2  　△m 　

238g－－－－149g－－－－－89g

m（KBr）－－－－－－－（32－23.1）g

则求出m（KBr）＝23.8g

 例题3.150℃时，将1L混合烃与9L氧气混合，在密闭容器内充分燃烧，当恢复至150℃，体积恒定时，容器内压强增大8％，则该混合烃的组成是 (D)

A．甲烷与乙烷体积比是1∶4    B．丙炔与乙炔体积比是1∶4

C．乙烯与丁烷体积比是1∶4    D．乙烯与丁烯体积比是1∶4

【提示】此题宜运用差量法解析。应注意：①150℃时水呈气态，②容器内压强增大8％即为气体物质的量增大8％。运用差量法求出组成中平均氢原子数是7.2，是解题关键。

五、平均值法

　　平均值法是巧解方法，它也是一种重要的解题思维和解题断MA或MB的取值范围，从而巧妙而快速地解出答案。

 例题1　由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物10g与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2L，则混合物中一定含有的金属是（C）

A．锌　B．铁　C．铝　D．镁

〔解析1〕各金属跟盐酸反应的关系式分别为：Zn—H2↑、Fe—H2↑、2Al—3H2↑、Mg—H2↑若单独跟足量盐酸反应，生成11.2L H2（标准状况）需各金属质量分别为：Zn 32.5g、Fe 28g、Al 9g、Mg 12g。其中只有铝的质量小于10g，其余均大于10g，说明必含有的金属是铝。应选C。

　〔解析2〕平均摩尔质量法

例题2  含有杂质的乙烯2.8 g，与氢气发生加成反应时，充分反应后用去氢气0.25 g，则乙烯中所含杂质可能是（A） 　　　　　　　

A．乙炔　 B．1，3-丁二烯    C．丙烷　　　 D．甲烷

六、极值法

　　巧用数学极限知识进行化学计算的方法，即为极值法。

　例题1　4个同学同时分析一个由KCl和KBr组成的混合物,他们各取2.00克样品配成水溶液,加入足够HNO3后再加入适量AgNO3溶液,待沉淀完全后过滤得到干燥的卤化银沉淀的质量如下列四个选项所示,其中数据合理的是（BC）　

A.3.06g     B.3.36g    C.3.66g     D.3.96

 〔解析〕 本题如按通常解法,混合物中含KCl和KBr,可以有无限多种组成方式,则求出的数据也有多种可能性,要验证数据是否合理,必须将四个选项代入,看是否有解,也就相当于要做四题的计算题,所花时间非常多.使用极限法,设2.00克全部为KCl,根据KCl-AgCl,每74.5克KCl可生成143.5克AgCl,则可得沉淀为(2.00/74.5)*143.5=3.852克,为最大值,同样可求得当混合物全部为KBr时,每119克的KBr可得沉淀188克,所以应得沉淀为(2.00/119)*188=3.160克,为最小值,则介于两者之间的数值就符合要求,故只能选B和C.

   例题2将一定量的铁粉和硫粉的混合物共热，充分反应后冷却，再加入足量稀，得到标准状况下的气体11.2L，则原混合物可能的组成是（n代表物质的量）  （D）

（A）n(Fe)<n(S)，总质量等于44g

（B）n(Fe)>n(S)，总质量等于44g

（C）n(Fe)=n(S)，总质量大于44g

（D）n(Fe)>n(S)，总质量小于44g

七、十字交叉法

　　若用A、B分别表示二元混合物两种组分的量，混合物总量为A+B（例如mol）。若用xa、xb分别表示两组分的特性数量（例如分子量），x表示混合物的特性数量（例如平均分子量）则有：十字交叉法是二元混合物（或组成）计算中的一种特殊方法，它由二元一次方程计算演变而成。若已知两组分量和这两个量的平均值，求这两个量的比例关系等，多可运用十字交叉法计算。使用十字交叉法的关键是必须符合二元一次方程关系。它多用于哪些计算？明确运用十字交叉法计算的条件是能列出二元一次方程的，特别要注意避免不明化学涵义而滥用。十字交叉法多用于：①有关两种同位素原子个数比的计算。②有关混合物组成及平均式量的计算。③有关混合烃组成的求算。(高二内容)④有关某组分质量分数或溶液稀释的计算

　　例题1　已知自然界中铱有两种质量数分别为191和193的同位素，而铱的平均原子量为192.22，这两种同位素的原子个数比应为多少　(A)

A．39∶61  B．61∶39  C．1∶1   D．39∶11　

〔解析〕此题可列二元一次方程求解，但运用十字交叉法最快捷：

191Ir   191                 0.78                       

192.22

193Ir   193                 1.22

n(191Ir):n(193Ir) = 0.78:1.22 = 39:61

    例题2  一定量的乙醇在氧气不足的情况下燃烧，得到CO、CO₂和水的总质量为27.6g，若其中水的质量为10.8g，则CO的质量是 (A)

A．1.4g　　　 B．2.2g  C．4.4g　　 D．在2.1g和4.4g之间

八、讨论法

　　讨论法是一种发现思维的方法。解计算题时，若题设条件充分，则可直接计算求解；若题设条件不充分，则需采用讨论的方法，计算加推理，将题解出。

　例题1　在30mL量筒中充满NO2和O2的混合气体，倒立于水中使气体充分反应，最后剩余5mL气体，求原混合气中氧气的体积是多少毫升？

 〔解析〕最后5mL气体可能是O2，也可能是NO，此题需用讨论法解析。

   解法（一）最后剩余5mL气体可能是O2；也可能是NO，若是NO，则说明NO2过量15mL。设30mL原混合气中含NO2、O2的体积分别为x、y4NO2+O2+2H2O=4HNO3原混合气体中氧气的体积可能是10mL或3mL。

 解法（二）：设原混合气中氧气的体积为y（mL）（1）设O2过量：根据4NO2+O2+2H2O=4HNO3，则O2得电子数等于NO2失电子数。（y-5）×4=（30-y）×1解得y=10（mL）（2）若NO2过量：4NO2+O2+2H2O=4HNO3　4y　y3NO2+H2O=2HNO3+NO因为在全部（30-y）mLNO2中，有5mLNO2得电子转变为NO，其余（30-y-5）mLNO2都失电子转变为HNO3。O2得电子数+（NO2→NO）时得电子数等于（NO2→HNO3）时失电子数。

 【评价】解法（二）根据得失电子守恒，利用阿伏加德罗定律转化信息，将体积数转化为物质的量简化计算。凡氧化还原反应，一般均可利用电子得失守恒法进行计算。无论解法（一）还是解法（二），由于题给条件不充分，均需结合讨论法进行求算。4y+5×2=（30-y-5）×1解得y=3（mL）原氧气体积可能为10mL或3mL

【全文小结】解决化学问题的基本步骤看，考生应建立一定的基本思维模式。总结以下进行化学计算的基本步骤：（1）认真审题，挖掘题示信息。（2）灵活组合，运用基础知识。（3）充分思维，形成解题思路。（4）选择方法，正确将题解出。