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江苏高考化学计算题专题复习
高考化学计算题专题复习
一、涉及化工生产流程的计算
题型特点:
以常见化工生产流程图为背景,根据不同反应步骤中反应物的利用率计算反应物的投料比或产率。
解题方法:
以化学方程式为基础,应用守恒理论,对多个相关联的化学方程式进行简约(叠加),找出分散在不同化学反应中的不同物质之间的化学计量数关系,以此计量关系进行计算。
1.(08南通一检)某化肥厂以氨和空气(其中氧气的体积分数为0.2)为原料生产硝酸铵过程如下:
其中反应①为4NH3+5O2
4NO+6H2O
⑴步骤②中发生了两个反应,将这两个化学方程式合并为一个化学方程式,可表示为___________________________。
⑵若不考虑副反应且各步反应均完全,为使生产过程中不再补充空气,则原料气中氨(包括第③步被硝酸吸收的氨)的体积分数最大值为____________。
⑶假设实际生产中,反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b,反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100%,则合成硝酸铵的整个流程中,氨的总利用率是多少?
解析:
(1)4NO+3O2+2H2O=4HNO3
(2)①、②、③步反应叠加
4NH3+5O2
4NO+6H2O
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4NH3+4HNO3=4NH4NO3
4NH3+4O2+H2O=2NH4NO3+3H2O
NH3%=4/(4+4/0.2)=1/6(或16.7%)
(3)解法一:
假设消耗NH3的总物质的量为1mol,其中用于制取HNO3的NH3的物质的量为xmol,被HNO3吸收的NH3的物质的量为ymol,则有:
x+y=1、abx=cy。
解得:
x=
y=
氨的总利用率=(xab+yc)/1=
解法二:
假设第①步参加反应的氨气的物质的量为4mol,则:
生成硝酸的物质的量4abmol;
第③步需要氨气的物质的量为
mol;
氨的总利用率=
=
解法三:
假设生成NH4NO3共1mol
则生成1molHNO3消耗的NH3的物质的量为1/ab,与HNO3反应的NH3的物质的量为1/c,则氨的总利用率为
2.(苏北三市一检)现代炼锌的方法可分为火法和湿法两大类。
火法炼锌是将闪锌矿(主要含ZnS)通过浮选、
焙烧使它转化为氧化锌,再把氧化锌和足量焦炭混合,在鼓风炉中加热至1373~1573K,使锌蒸馏出来。
主要反应为:
焙烧炉中:
2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2①
鼓风炉中:
2C+O2=2CO②
ZnO(s)+CO(g)
Zn(g)+CO2(g)③
假设鼓风炉体积固定且密闭,随反应的进行鼓风炉内不同时间气态物质的物质的量浓度(mol/L)如下表
反应进行时间/min
CO
Zn
CO2
0
0.11
0
0
2
0.1
0.01
0.01
30
c1
c2
c2
35
c1
c2
c2
(1)若保持温度不变,在鼓风炉中增大CO的浓度,K值(填“增大”、“减小”或“不变”);
(2)已知:
该温度时,化学平衡常数K=1.0,则表中
c1=(写出计算过程)
(3)假设通过改变反应条件,若使焙烧炉中反应①的ZnO几乎完全被CO还原,焙烧炉和鼓风炉消耗的O2的体积比不超过。
(4)若起始浓度不变,通过改变反应条件,达平衡时鼓风炉中反应③CO的转化率为80%,此时该反应的平衡常数K=,此时焙烧炉和鼓风炉消耗的O2的体积比大于
解析:
(1)不变(1分);
(2)0.01mol/L(4分,
解:
由表中数据分析可知,反应③进行至30min时,反应③达到平衡状态;故c1浓度为CO的平衡浓度。
设:
从起始到平衡CO的浓度变化为xmol·L-1
ZnO(s)+CO(g)
Zn(g)+CO2(g)
起始:
0.1100
变化:
xxx
平衡:
(0.11-x)xx
则该温度下反应的平衡常数
即:
x2+x-0.11=0
(x+1.1)·(x-0.1)=0x=0.1mol·L-1
所以c1=0.01mol·L-1
(3)焙烧炉中:
2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2①
鼓风炉中:
2C+O2=2CO②
ZnO(s)+CO(g)
Zn(g)+CO2(g)③
①+②+③×2=2ZnS+3O2+2C+O2=2Zn+2CO2
则焙烧炉和鼓风炉消耗的O2的体积比不超过3:
1
(4)0.352(1分);12:
5或2.4(2分)
平衡时鼓风炉中反应③CO的转化率为80%,此时焙烧炉和鼓风炉消耗的O2的体积比为:
3/(1/0.8)=2.4
3、(04江苏高考)石油化工是江苏省的支柱产业之一。
聚氯乙烯是用途十分广泛的石油化工产品,某化工厂曾利用下列工艺生产聚氯乙烯的单体氯乙烯:
CH2=CH2+Cl2→CH2CI—CH2C1…………………①
CH2Cl—CH2C1→CH2=CHCl+HCl………………②
请回答以下问题:
(1)已知反应①中二氯乙烷的产率)产率=
×100%)为98%,反应②中氯乙烯和氯化氢的产率均为95%,则2.8t乙烯可制得氯乙烯
t,同时得到副产物氯化氢t。
(计算结果保留1位小数)
(2)为充分利用副产物氯化氢,该工厂后来将下列反应运用于生产:
2CH2=CH2+4HCl+O2→2CH2Cl-CH2Cl+2H2O…………③
由反应①、③获得二氯乙烷,再将二氯乙烷通过反应②得到氯乙烯和副产物氯化氢,副产物氯化氢供反应③使用,形成了新的工艺。
由于副反应的存在,生产中投入的乙烯全部被消耗时,反应①、③中二氯乙烷的产率依次为a%、c%;二氯乙烷全部被消耗时,反应②中氯化氢的产率为b%。
试计算:
反应①、③中乙烯的投料比为多少时,新工艺既不需要购进氯化氢为原料,又没有副产物氯化氢剩余(假设在发生的副反应中既不生成氯化氢,也不消耗氯化氢)。
解析:
(1)
解得:
m1=5.8tm2=3.4t
(2)设投入反应①、③的乙烯物质的量分别为x、y,则:
由反应①生成的二氯乙烷为x·a%,
由反应③生成的二氯乙烷为y·c%,
则由反应①、③共制得二氯乙烷的物质的量为(x•a%+y•c%),通过反应②可获得HCl的物质的量为(x•a%+y•c%)·b%。
据题意,反应③消耗的HCl为2•y•c%,则:
2•y•c%=(x•a%+y•c%)•b%
解得:
=
反应①、③中乙烯的投料比应为
。
4、工业生产粗硅的主要原理为:
SiO2+2CSi(粗)+2CO↑
(1)若在制粗硅的过程中同时生成了碳化硅,且生成的硅和碳化硅的物质的量之比为5∶1,则参加反应的C和SiO2的质量比为
(2)工业上可通过如下流程由粗硅制取纯硅:
若上述反应中Si(粗)和SiCl4的利用率均为80%,制粗硅时有10%的SiO2的SiO2转化为SiC,则生产100.8t纯硅需纯度为75%的石英砂多少吨?
(3)工业上还可以通过下图所示的流程来制取纯硅:
反应①:
Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g)
反应②:
SiHCl3+H2
Si(纯)+3HCl
假设在每一轮次的投料生产中,硅元素没有损失,反应①中HCl的利用率为75%,反应②中H2的利用率为80%,则在下轮次的生产中,需补充投入HCl和H2的体积比为多少?
解析:
(1)SiO2+2CSi(粗)+2CO↑
5mol10mol5mol
SiO2+3C=SiC+2CO
1mol3mol1mol
m(碳):
m(SiO2)=(13×12):
(6×60)=13:
30
(2)
解得:
m=500t
(3)反应①:
Si(粗)+3HCl(g)SiHCl3(l)+H2(g)
反应②:
SiHCl3+H2
Si(纯)+3HCl
如果HCl、H2利用率为100%,则HCl、H2可以循环使用,现需要补充的HCl、H2相当于是反应中损失的,则
n(HCl)=3mol÷75%×25%=1mol
n(H2)=1mol÷80%×20%=1/4mol
所以:
n(HCl):
n(H2)=4:
1
二、有关物质纯度的检验
题型特点:
以某种物质纯度或某种元素的含量检验(定量实验)为背景,根据氧化还原滴定原理进行计算。
解题方法:
找出氧化还原反应过程中相关物质的量关系,进行定量计算。
5、(07天津高考).黄铁矿主要成分是FeS2。
某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时,取0.1000g样品在空气中充分灼烧,将生成的SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后,用浓度为0.02000mol/L的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗K2Cr2O7溶液25.00mL。
已知:
SO2+2Fe3++2H2O=SO2-+2Fe2++4H+
Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
(1)样品中FeS2的质量分数是(假设杂质不参加反应)。
(2)若灼烧6gFeS2产生的SO2全部转化为SO3气体时放出9.83kJ热量,产生的SO3与水全部化合生成H2SO4,放出13.03kJ热量,写出SO3气体转化为H2SO4的热化学方程式:
。
(3)煅烧10t上述黄铁矿,理论上产生SO2的体积(标准状况)为L,制得98%的硫酸质量为t,SO2全部转化为H2SO4时放出的热量是kJ。
解析:
(1)1FeS2~2SO2~4Fe3+~2/3Cr2O72-
1202/3
m0.02mol/L×0.025L
m=0.09gFeS2%=90%
(2)2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)△H=-196.6kJ/mol
SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l);△H=-130.3kJ/mol
(3)1FeS2~2SO2~2H2SO4
120g2×22.4L2×98
10×106×90%Vm×98%
V=3.36×106m=15t
Q=10×106×90%÷120×2×(196.6/2+130.3)=3.429×107kJ
6、(07江苏高考).钢铁工业是国家工业的基础。
2006年我国粗钢产量突破4亿吨,居世界首位。
某中学社会实践活动小组利用假期对当地钢铁厂进行了调研,对从矿石开始到钢铁产出的工艺流程有了全面的感性认识。
请您对社会实践活动小组感兴趣的问题进行计算:
(1)将6.62g铁矿石样品投入适量的盐酸中(充分反应),过滤,然后在滤液中加过量的中NaOH溶液,充分反应后,过滤、洗涤、灼烧得4.80gFe2O3。
现以该铁矿石为原料炼铁,若生产过程中铁元素损失4%,计算每生产1.00t生铁(含铁96%),至少需要这种铁矿石多少吨?
(保留两位小数)
(2)取某钢样粉末28.12g(假设只含Fe和C),在氧气流中充分反应,得到CO2气体224Ml(标准状况)。
①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比。
②再取三份不同质量的钢样粉末分别加到100mL相同浓度的H2SO4溶液中,充分反应后,测得的实验数据如下表所示:
实验序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
加入钢样粉末的质量/g
2.812
5.624
8.436
生成气体的体积/L(标准状况)
1.120
2.240
2.800
计算硫酸溶液的物质的量
③若在实验Ⅱ中继续加入mg钢样粉末,计算反应结束后剩余的固体质量为多少?
(用含m的代数式表示)
解析:
(1)解:
6.62g铁矿石中铁的质量为m(Fe)=4.80g×
=3.36g
生产1.00t生铁需铁矿石的质量为:
m(铁矿石)=
≈1.97t
答:
至少需要这种铁矿石1.97t
(2)①n(C)=
=0.010mol
m(C)=0.010mol×l2g·mol-1=0.12g
=
=
答:
此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为50︰1
②根据实验Ⅲ可得:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
1mol22.4L
n(H2SO4)2.800L
n(H2SO4)=0.125mol
c(H2SO4)=
=1.25mol·L-1
答:
硫酸溶液的物质的量浓度为1.25mol·L-1。
③当钢样粉末中的铁未全部溶解时(m>1.406g),
100mL相同浓度的H2SO4溶液中可以完全溶解的固体质量为
2.8/22.4×56÷(28/28.12)=7.03g7.03g-5.624g=1.406g
剩余的固体质量为:
(5.624g+mg)-0.125mol×56g·mol-1=(m-1.376)g
当钢样粉末中的铁全部溶解时(m≤1.406g),
剩余的固体质量为:
(5.624+m)g×
答:
当铁未完全溶解时,剩余固体的质量为(m-1.376)g;当铁完全溶解时,剩余固体的质量为
。
三、有关物质组成的计算
7、超细硅酸铝具有极好的悬浮性和纯白外观,与颜料配合使用能明显地改进涂料的白度。
其样品化学式可表示为AlxSi35Oy·zH2O,企业标准规定超细硅酸铝中含水量7%~10%为优良级。
某化学兴趣小组为测定该样品的组成,按如下步骤实验:
步骤一:
准确称取9.936g超细硅酸铝样品,充分加热至不再分解为止,冷却、称量,得固体9.216g。
步骤二:
另准确称取9.936g超细硅酸铝样品,加足量盐酸,充分反应后,过滤,洗涤,烘干得SiO2固体8.400g。
(1)计算该超细硅酸铝样品是否为优良级。
(2)求该样品的化学式。
解析:
(1)m(H2O)=9.936g-9.216g=0.720g
w(H2O)=0.720g/9.936g×100%=7.246%
为优良级
(2)n(H2O)=0.72/18mol=0.04mol
n(SiO2)=8.4/60mol=0.14mol
n(Al2O3)=(9.936-8.400-0.72)/102mol=0.008mol
n(Al2O3)∶n(SiO2)∶n(H2O)=2∶35∶10
故该样品化学式为:
Al4Si35O76·10H2O
8、(盐城一检)为研究水滑石的组成、结构和性质,某校研究性学习小组取得了二种牌号的水滑石样品拟进行探究,请你参与探究并回答相关问题。
(1)甲同学取天然水滑石样品进行恒重分析,已知天然水滑石的化学式可表示6MgO·Al2O3·CO2·12H2O,取0.1mol水滑石进行加热时,温度与剩余固体质量的关系如下图,平行线上的数字表示残留固体的质量。
当温度在0~280℃质量不变,是什么原因:
。
A→B减少的物质及其物质的量为:
;
C→D减少的物质及其物质的量为:
;
D处化学组成为:
。
(2)乙组取的CA(美国化学文摘)登记号为12304-65-3 的合成水滑石样品,现只知其化学式为:
MgaAlb(OH)C(CO3)d,a+b+c+d=25,a、b、c、d为正整数。
取该水滑石样品0.1mol,用1mol/L盐酸使其完全溶解。
①消耗盐酸的体积至少为:
L(用字母表示);
②若参加反应的盐酸的物质的量与生成CO2的物质的量之比为
18∶1,则该水滑石的化学式为:
。
解析:
(1)天然水滑石在温度低于280℃是稳定的;0.4molH2O;0.1molCO2;6MgO·Al2O3;
(2)①0.1c+0.2d或0.2a+0.3b;②Mg6Al2(OH)16CO3
9、(07无锡期中)某结晶水合物中有两种阳离子和一种阴离子,其所含元素均为短周期元素,为确定其组成,某同学进行了如下实验:
称取两份质量均为45.3g的该结晶水合物,分别制成溶液。
向其中一份逐滴加入NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多;一段时间后有气体逸出,该气体有刺激性气味,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,加热后共计可收集到2.24L该气体(标准状况);最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。
另一份逐滴加入Ba(OH)2溶液,开始现象类似,但最终仍有白色沉淀;过滤,用稀盐酸处理沉淀物,经洗涤和干燥,得到白色固体46.6g。
(1)该结晶水合物中含有的两种阳离子是和,阴离子是。
(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式。
(3)假设过程中向该溶液中加入的NaOH溶液的物质的量浓度为5mol·L-1,请在右图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。
解析:
(1)NH4+A13+SO42-
(2)
根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理:
可得:
=1.2mol
该结晶晶水合物的化学式为NH4A1(SO4)2·12H2O
[或(NH4)2SO4·A12(SO4)3·24H2O]
(3)
10、(05江苏)水垢可以看作由多种物质组成的混合物,为研究含有Ca2+、Mg2+、HCO3—的水所形成的水垢的化学组成,取干燥的水垢6.32g,加热使其失去结晶水,得到5.78g剩余固体A;高温灼烧A至恒重,残余固体为CaO和MgO,放出的气体用过量的Ba(OH)2溶液吸收,得到11.82g沉淀。
(1)通过计算确定A中是否含有碳酸镁;
(2)5.78g剩余固体A灼烧至恒重时产生的气体完全被碱石灰吸收,碱石灰增重2.82g,通过计算确定A中各成分的物质的量,并计算出水垢中碳酸盐质量分数。
解析:
(1)根据题意,n(CO2)=n(BaCO3)=11.82g/197g/mol=0.06mol
若CO2全部来自CaCO3的分解,则m(CaCO3)=0.06mol×100g/mol=6.00g>5.78g不合题意,所以,A中一定含有MgCO3。
(2)m(CO2)=0.06mol×44g/mol=2.64g
m(H2O)=2.82g-2.64g=0.18g
n[Mg(OH)2]=n(H2O)=0.18g/18g.mol=0.01mol
m[Mg(OH)2]=0.01mol×58g/mol=0.58g
n(CaCO3)+n(MgCO3)=0.06
n(CaCO3)·100g/mol+n(MgCO3)·84g/mol+0.58g=5.78g
解得:
n(MgCO3)=0.05mol,n(CaCO3)=0.01mol
×100%=82.3%
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