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四大法寶巧妙簡化化學(xué)反應(yīng)中的計算步驟

2009-09-26 13:51:57網(wǎng)絡(luò)資源

  中學(xué)化學(xué)常見的計算主要分為兩個方面:①涉及化學(xué)反應(yīng)的計算,②直接根據(jù)概念公式的計算。而根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的計算可以說是重中之重,難中之難,學(xué)生在學(xué)習(xí)和計算過程中容易對化學(xué)方程式產(chǎn)生過分的依賴,形成固定的解題模式:寫化學(xué)方程式、列比例式、計算結(jié)果。但這種常規(guī)解題方法,環(huán)節(jié)較多,過程較復(fù)雜,出現(xiàn)差錯的機會較多,同時也會因純數(shù)字運算占用時間。如果教師從一開始就拋棄這種常規(guī)地解化學(xué)計算的方法,教會學(xué)生去巧妙地尋找化學(xué)變化中計算量之間的關(guān)系,就能做到事半功倍,還能減少出錯的機會,提高解題效率。下面用例題介紹幾種常用的運用關(guān)系式的方法。

  一、多步或多個反應(yīng)尋找相關(guān)計算量的關(guān)系式

  例題1:在鐵和氧化鐵的混合物15g中,加入稀硫酸150mL,標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出1.68LH2,同時鐵和氧化鐵均無剩余;向溶液中滴入KSCN 溶液,未見顏色變化。為了中和過量的硫酸,且使Fe2+完全轉(zhuǎn)化成Fe(OH)2,共耗去了3mol·L-1的NaOH溶液200mL。求原硫酸溶液物質(zhì)的量濃度

  思路分析:這是一道涉及5個關(guān)聯(lián)反應(yīng)的計算題,且習(xí)題中提供了5個數(shù)據(jù),若按照常規(guī)解法就顯得很復(fù)雜,也容易出現(xiàn)錯誤,而尋找計算量之間的關(guān)系式去求解就很簡單。下面介紹關(guān)系式法解題的思路過程,讀者可試著先用常規(guī)解法求解此計算題,再與以下用關(guān)系式解題法比較,就能體會到化學(xué)反應(yīng)計算中運用關(guān)系式的簡便.

  解1: 設(shè)原硫酸溶液物質(zhì)的量濃度為C

  根據(jù)題意和反應(yīng)關(guān)系,最后生成的FeSO4 中的SO42-全部由H2 SO4轉(zhuǎn)化而來,即中和過量的硫酸物質(zhì)的量和FeSO4 物質(zhì)的量應(yīng)該等于原硫酸物質(zhì)的量,根據(jù)硫酸與NaOH的反應(yīng)和FeSO4與NaOH的反應(yīng)得:

  H2 SO4 ~ 2NaOH

  1 2

  C×0.15 3×0.2

  C= 2 mol/L

  解2: 根據(jù)題意和反應(yīng)關(guān)系,最后所有H2 SO4中的SO42-最后全部轉(zhuǎn)化到Na2 SO4中,同時NaOH中的Na+也全部轉(zhuǎn)化到Na2 SO4中,根據(jù)Na2 SO4中Na與SO4的對應(yīng)關(guān)系,就可導(dǎo)出上述H2 SO4與NaOH的對應(yīng)關(guān)系式(2NaOH ~ Na2 SO4 ~ H2 SO4 )并求解。

  例題2:取由鎂粉、氯化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂組成的固體混合物28.8g,放人269.5g質(zhì)量分數(shù)為20%的稀硫酸中恰好完全反應(yīng),得溶液的質(zhì)量為291.5g,求反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。

  思路分析:此題一共涉及四個化學(xué)反應(yīng),如果用常規(guī)解法,就很繁瑣,也容易出錯,但只要分析涉及的四個反應(yīng)就可得如下的關(guān)系式:H2SO4 ∽ MgSO4,根據(jù)此關(guān)系式,求出反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)(MgSO4)的質(zhì)量。

  答案:22.6%。

  例題3 等物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁與足量的稀硫酸反應(yīng),所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量之比為 _ 。

  思路分析:此題的常規(guī)解法是,分別設(shè)定鈉、鎂、鋁的物質(zhì)的量,再根據(jù)化學(xué)方程式分別計算出它們各自所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量,然后求出結(jié)果,顯然,求解過程相當(dāng)復(fù)雜。但我們可以通過分析化學(xué)方程式中量的關(guān)系,找出鈉、鎂、鋁與氫氣的物質(zhì)的量的關(guān)系式,從對化學(xué)方程式的依賴中走出來?解題過程就會十分簡單。以金屬鋁與足量的硫酸反應(yīng)為例,根據(jù)相關(guān)化學(xué)方程式存在以下關(guān)系式:2Al ∽ 3H2,即Al與H2的物質(zhì)的量的關(guān)系式為:n( H2)=3/2×n(Al),由此可推出具有一般意義的金屬與酸反應(yīng)的物質(zhì)的量的關(guān)系式:n( H2) =金屬化合價/2×n(金屬)。根據(jù)此關(guān)系式不難看出:等物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量之比,實際上就等于三種金屬的化合價之比。答案:1∶2∶3

 

  二、根據(jù)原子守恒,求找關(guān)系式

  例4:將2.4克某+2價金屬元素的氧化物用足量CO還原,反應(yīng)生成的CO2全部通入足量石灰水中,得白色沉淀3克,則該金屬是:

  (A)Zn (B)Cu (C)Fe (D)Pb

  思路分析:設(shè)金屬氧化物的化學(xué)式為RO,根據(jù)反應(yīng):RO + CO===CO2+ R,可得關(guān)系式:RO ∽CO2,又由題目可知白色沉淀是CaCO3,根據(jù)題目中的一系列轉(zhuǎn)化得如下關(guān)系式:CO ∽ CO2 ∽ CaCO3(碳原子守恒),最終得出已知的計算量CaCO3和未知的計算量RO的關(guān)系式::RO ∽CaCO3

  這樣就使計算過程大大簡化。

  答案:(B)Cu

  例題5 紅磷在氯氣中發(fā)生燃燒反應(yīng),若參加反應(yīng)的磷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1:1.8 ,充分反應(yīng)后生成物中PC15與PC13物質(zhì)的量之比是:

  A. 3: 5 B. 5: 3 C. 3: 7 D. 1: 2

  思路分析:此題若按常規(guī)解法,是很難寫出正確的化學(xué)方程式的,但依題意:n(P):n(C12) =1: 1.8,直接就可得到關(guān)系式: P +1. 8 C12 ∽ mPC15 + n PC13,且m+ n=1,5m + 3n =1. 8

  答案:(C)

  例題6:O2、CH4、Na2O2放入密閉容器中,在150℃下,用電火花引發(fā)反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束后,測得容器內(nèi)壓強為零,向所得固體加水無氣體產(chǎn)生,則原容器中Na2O2、O2、CH4的物質(zhì)的量之比為 。

  思路分析:此題也涉及三個化學(xué)反應(yīng),O2與CH4生成CO2和H2O,CO2和H2O再分別與Na2O2反應(yīng),由題意可知反應(yīng)后產(chǎn)物僅有Na2C03及NaOH,故直接寫出總的關(guān)系式:

  x Na2O2 + yO2 + zCH4 ∽ z Na 2C03 + 4zNaOH(由C、H原子守恒,得出Na2C03、NaOH前面的系數(shù)為Z、4Z);再由Na原子守恒: 2x= 2z+ 4z

  由O原子守恒:2x+ 2y= 3z+ 4z

  答案:6:1:2

 

  三、遇到涉及氧化還原反應(yīng)的計算題,應(yīng)根據(jù)電荷守恒,得出關(guān)系式

  電荷守恒即電子得失守恒,在氧化一還原反應(yīng)中,氧化劑得到的電子數(shù)一定等于還原劑失去的電子數(shù),無論是自發(fā)進行的氧化一還原反應(yīng),還是原電池或電解池中均如此。

  例題7:已知酸性條件下,KMnO4是常用氧化劑,在氧化還原反應(yīng)中,被還原為Mn2+ (無色),又知KMnO4(H+,aq)可將SO32—氧化為SO42—。則某酸性溶液中含KMnO40.50mol,逐滴滴入5.0mol·L—的 Na2SO3(aq)至KMnO4(H+,aq)恰好完全褪色為止。試計算加入的Na2SO3(aq)體積。

  思路分析:此題若按常規(guī)解法,要寫出化學(xué)方程式較難或較麻煩,但利用電荷守恒就能輕易得到反應(yīng)的關(guān)系式:KMnO4(H+,aq)被還原為 Mn2+的過程是得到5個電子,而 SO32— 氧化為SO42—的過程是失去2個電子,根據(jù)得失電子相等(即電荷守恒)的原理,KMnO4與Na2SO3反應(yīng)的關(guān)系式應(yīng)為:2KMnO4 ∽ 5 Na2SO3,根據(jù)此關(guān)系式計算就能簡化這道計算題。

  答案: V = 0.25 ( L)

  例題8 用石墨電極電解5OOmL NaNO3和Cu(SO4)2的混合溶液,一段時間后,陰極逸出11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,陽極逸出8.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,求:

  (1)原混合溶液中Cu2十的物質(zhì)的量的濃度

  (2)電解后溶液中的H十 的物質(zhì)的量的濃度

  思路分析:根據(jù)題意可得:陰極得到Cu和H2,陽極得到O2。

  依得失電子守恒得: n(Cu) ×2 +n(H2)× 2 = n(O2)×4

  解得:n(Cu)=0.25mo1

  當(dāng)陰極產(chǎn)生H2,說明溶液中Cu2+全部被還原

  所以:C(Cu2+)= 0.5mol/L,而由溶液中電荷守恒(Na+、NO3—)沒有變化,因此相當(dāng)于H+取代了Cu2+,

  C(H+) = 2×C(Cu2+) =1.Omo1/L

 

  四、尋找其他量的關(guān)系式

  化學(xué)反應(yīng)的過程中,除了存在一些以上的原子守恒定律關(guān)系、物質(zhì)的量關(guān)系、電子轉(zhuǎn)移關(guān)系(化合價升降關(guān)系)外,還存在一些很有價值的質(zhì)量守恒、離子電荷守恒(和體積關(guān)系、物質(zhì)組成的比例關(guān)系等,事實證明:這些守恒和關(guān)系在化學(xué)計算中很有價值,經(jīng)常應(yīng)用,就能使計算既快捷簡單,又正確。

  例題9 質(zhì)量為29 g的丁烷,在高溫下按以下三種方式發(fā)生分解反應(yīng):

  (1)C4H10 C2H6+C2H4; (2) C4H10 C4H8 + H2 ;(3) C4H10 CH4 + C3H6,且C4H10按上述三種方式分解的比例為5:2:3,則C4H10完全分解后,所得混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 多少?

  思路分析:這道題并不難,運用常規(guī)計算,過程就相當(dāng)復(fù)雜,最后需要套用有關(guān)摩爾質(zhì)量的概念公式進行計算。但認真分析C4H10的分解特點不難發(fā)現(xiàn),無論C4H10按何種方式分解,不同分解方式的比例如何,C4H10總是一分為二。因此,利用反應(yīng)過程的質(zhì)量守恒,既然反應(yīng)前后量不變,反應(yīng)后物質(zhì)的量為反應(yīng)前的2倍,則反應(yīng)后所得的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為C4H10摩爾質(zhì)量的一半,即29 g·mol-。

  例10 有一些在空氣中暴露過的KOH固體.經(jīng)分析測知含水2.8%,K2 C03 37.3%,取2g該樣品投入10g質(zhì)量分數(shù)為36.5%的鹽酸中,反應(yīng)后,中和多余的鹽酸用去質(zhì)量分數(shù)為3. 65 %KOH溶液100 g,蒸發(fā)中和后的溶液得到多少克固體?

  思路分析:此題數(shù)據(jù)紛雜,反應(yīng)多步。若一步步逆推,不僅費時費力,容易出錯。若用守恒法分析,無論是KOH還是K2C03,與鹽酸反應(yīng)最后均生成KCl,即最后生成的KCl與HCl物質(zhì)的量守恒: n(KCl)=n(HCl) 。

  答案:7. 45 g

  在計算中運用關(guān)系式的方法,既能簡化化學(xué)計算的過程和避免不必要的失誤,對學(xué)生的思維過程訓(xùn)練也很有益處。要掌握這個方法,十分重要的一點就是要努力挖掘化學(xué)變化前后存在的各種有價值的量的關(guān)系,同學(xué)們在平時的化學(xué)計算中要善于總結(jié),勤于思考,精于積累,真正學(xué)會用關(guān)系式去求解化學(xué)計算題。

[標(biāo)簽:化學(xué)反應(yīng) 物質(zhì) 化學(xué) 化學(xué)教材]

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