高考化学计算题讲义及经典例题详解1.docx
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高考化学计算题讲义及经典例题详解1
计算题的方法
一、差量法
差量法是依据化学反应前后的某些“差量”(固体质量差、溶液质量差、气体体积差、气体物质的量之差等)与反应或生成物的变化量成正比而建立的一种解题方法。
此法将“差量”看作化学方程式右端的一项,将已知差量(实际差量)与化学方程式中的对应差量(理论差量)列成比例,其他解题步骤与按化学方程式列比例或解题完全一样。
(一)质量差法
例题1:
在1升2摩/升的稀硝酸溶液中加入一定量的铜粉,充分反应后溶液的质量增加了13.2克,问:
(1)加入的铜粉是多少克?
(2)理论上可产生NO气体多少升?
(标准状况)
【分析】硝酸是过量的,不能用硝酸的量来求解。
铜跟硝酸反应后溶液增重,原因是生成了硝酸铜,所以可利用这个变化进行求解。
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O增重
19244.8636-504=132
X克Y升13.2可得X=19.2克,Y=4.48升
(二)体积差法
例题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。
【分析】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,下面可以利用烃的燃烧通式进行有关计算。
CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O体积减少
1 1+y/4
1020
(三)物质的量差法
例题3:
白色固体PCl5受热即挥发并发生分解:
PCl5(气)=PCl3(气)+Cl2现将5.84克PCl5装入2.05升真空密闭容器中,在2770C达到平衡时,容器内的压强为1.01×105Pa,经计算可知平衡时容器内混和气体物质的量为0.05摩,求平衡时PCl5的分解百分率。
【分析】原PCl5的物质的量为0.028摩,反应达到平衡时物质的量增加了0.022摩,根据化学方程式进行计算。
PCl5(气)=PCl3(气)+Cl2物质的量增加
11
X0.022
计算可得有0.022摩PCl5分解,所以结果为78.6%
1、[差量法,08上海卷30]生态溶液涉及农家肥料的综合利用,某种肥料经发酵得到一种含有甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体。
2.016L(标准状况)该气体通过盛有红色CuO粉末的硬质玻璃管,发生的反应为:
CH4+4CuO错误!
未找到引用源。
CO2+2H2O+4Cu。
当甲烷完全反应后,硬质玻璃管的质量减轻4.8g。
将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水,充分吸收,生成沉淀8.5g。
(1)原混合气体中甲烷的物质的量是____________。
(2)原混合气体中氮气的体积分数为多少?
(写出计算过程)
解析:
由于硬质玻璃管减少的质量为CuO中的氧的质量,所以n(CuO)=
=0.3mol,由方程式可知反应的CH4的物质的量为0.075mol。
生成的CO2也为0.075mol,将气体通过澄清的石灰水生成8.5g沉淀,所以n(CO2)=0.085mol,原混合气体中的n(CO2)=0.01mol,而气体的总物质的量为:
=0.09mol,所以n(N2)=0.005mol,N2的体积分数为:
×100%=5.56%。
答案:
(1)0.075mol。
(2)5.56%。
2、(差量法,2011上海20)过氧化钠可作为氧气的来源。
常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后,若固体质量增加了28g,反应中有关物质的物理量正确的是(NA表示阿伏加德罗常数)
二氧化碳
碳酸钠
转移的电子
A
1mol
NA
B
22.4L
1mol
C
106g
1mol
D
106g
2NA
解析:
二氧化碳和过氧化钠反应的方程式为:
2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,每生成1mol氧气,固体质量就增加56g、消耗2mol二氧化碳和2mol过氧化钠,同时生成2mol碳酸钠,而转移的电子数是2mol。
答案:
AC
二、守恒法:
电子转移守恒;电荷守恒;物料守恒;原子守恒
利用电荷守恒和原子守恒为基础,就是巧妙地选择化学式中某两数(如化合价数、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微粒(如溶质原子、电子、离子)的物质的量保持不变,作为解题的依据,这样不用计算中间产物的数量,从而提高解题速度和准确性。
虎头蛇尾
(一)原子个数守恒
例题1:
某无水混合物由硫酸亚铁和硫酸铁FeSO4、Fe2(SO4)3组成,测知该混合物中的硫的质量分数为a,求混合物中铁的质量分数。
【分析】根据化学式FeSO4、Fe2(SO4)3可看出,在这两种物质中S、O原子个数比为1:
4,即无论这两种物质以何种比例混合,S、O的原子个数比始终为1:
4。
设含O的质量分数x,则32/64=a/x,x=2a。
所以ω(Fe)=1-3a
(二)电荷守恒——即对任一电中性的体系,如化合物、混和物、溶液等,电荷的代数和为零,即正电荷总数和负电荷总数相等。
【反应原理中电离与水解平衡】
例题2:
在Na2SO4和K2SO4的混和溶液中,如果[Na+]=0.2mol/L,[SO42-]=xmol/L,[K+]=ymol/L,则x和y的关系是
(A)x=0.5y(B)x=0.1+0.5y(C)y=2(x-0.1)(D)y=2x-0.1
【分析】可假设溶液体积为1升,那么Na+物质的量为0.2摩,SO42-物质的量为x摩,K+物质的量为y摩,根据电荷守恒可得[Na+]+[K+]=2[SO42-],所以答案为BC
(三)电子守恒——电子守恒,是指在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
无论是自发进行的氧化还原反应还是原电池或电解池中均如此。
例题3:
某强氧化剂[XO(OH)2]+被亚硫酸钠还原到较低价态。
若还原2.4×103mol[XO(OH)2]+到较低价态,需要20mL0.3mol/LNa2SO3溶液,则X元素的最终价态为
A.+2B.+1C.0D.1
解析:
根据电子守恒,反应中[XO(OH)2]+得到电子的物质的量等于Na2SO3失去电子的物质的量。
设X元素的最终价态为x:
2.4×103×(5-x)=0.02×0.3×(6-4),解得x=0。
练习:
3.84g铜和一定量浓硝酸反应,当铜反应完毕时,共产生气体2.24L(标况)。
(1)反应中消耗HNO3的总物质的量是__________mol。
(2)欲使2.24L气体恰好全部被水吸收,需通入__________mL标准状况下的氧气(氧气也恰好全部被吸收)。
解析:
1)HNO3的作用是氧化性和酸性,n(HNO3)=2.24/22.4+2×3.84/64=0.22mol。
(2)根据得失电子守恒有:
V(O2)=3.84/64×22400/2=672mL。
(四)质量守恒——质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变,在配制或稀释溶液的过程中,溶质的质量不变。
例题4:
1500C时,碳酸铵完全分解产生气态混合物,其密度是相同条件下氢气密度()
提示:
(NH4)2CO3=2NH3↑+H2O↑+CO2↑;相同条件下,密度之比=相对分子质量之比
(A)96倍(B)48倍(C)12倍(D)32倍
【分析】(NH4)2CO3=2NH3↑+H2O↑+CO2↑根据质量守恒定律可知混和气体的质量等于碳酸铵的质量,从而可确定混和气体的平均分子量为96/4=24,混和气体密度与相同条件下氢气密度的比为24/2=12,所以答案为C
(五)原子的物质的量守恒——即反应前后各元素种类不变,各元素原子个数不变,其物质的量、质量也不变。
例题5:
有一在空气中放置了一段时间的KOH固体,经分析测知其含水2.8%、含K2CO337.3%取1克该样品投入25mL2mol/L的盐酸中后,多余的盐酸用1.0mol/LKOH溶液30.8mL恰好完全中和,蒸发中和后的溶液可得到固体()
(A)1克(B)3.725克(C)0.797克(D)2.836克
【分析】KOH、K2CO3跟盐酸反应的主要产物都是KCl,最后得到的固体物质是KCl,根据元素守恒,盐酸中含氯的量和氯化钾中含氯的量相等,0.05mol盐酸=0.05molKCl,m=0.05*74.5=3.725,所以答案为B
(六)化合价数值守恒
例题6:
某元素X的氧化物含氧44.0%,已知该元素的相对原子质量为51,则该氧化物的化学式为()
(A)XO(B)X3O5(C)XO3(D)X2O5
【分析】设X元素的化合价为+n,根据氧元素化合价总数(氧离子所带的负电荷总量)等于X元素化合价总数(X所带的正电荷总量)的原则得:
56n/51=44×2/16,解得n=5,则氧化物的化学式为D。
三设X设Y法:
例题1:
用1L1mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2,求所得的溶液中CO32-和HCO3-的物质的量之比为
【分析】依题意,反应产物为Na2CO3和NaHCO3的混合物,根据Na原子和C原子数守恒来解答。
设溶液中Na2CO3为xmol,为NaHCO3ymol,则有方程式①2x+y=1mol/L×1L②x+y=0.8mol,解得x=0.2,y=0.6,所以[CO32-]:
[HCO3-]=1:
3
例题2:
【设X设Y法:
2010全国卷1,12.】一定条件下磷与干燥氯气反应,若0.25g磷消耗掉314mL氯气(标准状况),产物中PCl3与PCl5的物质的量之比接近于
A.1:
2B.2:
3C.3:
1D.5:
3
【解析】设n(PCl3)=Xmol,n(PCl5)=Ymol,由P元素守恒有:
X+Y=0.25/31≈0.008……①;由Cl元素守恒有3X+5Y=(0.314×2)/22.4≈0.028……②,联立之可解得:
X=0.006,Y=0.002故选C
例题3:
[设X设Y法:
,2009全国2,
11.]
已知:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6KJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890KJ·mol-1
现有H2与CH4的混合气体112L(标准状况),使其完全燃烧生成CO2和H2O(l),若实验测得反应放热3695KJ,则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是
A.1∶1B.1∶3
C.1∶4D.2∶3
【解析】设H2、CH4的物质的量分别为x、ymol。
则x+y=5,
571.6x/2+890y=3695,
解得x=1.25mol;y=3.75mol,两者比为1:
3,故选B项。
四极限法;
例题1:
(极限法;2011上海17)120mL含有0.20mol碳酸钠的溶液和200mL盐酸,不管将前者滴加入后者,还是将后者滴加入前者,都有气体产生,但最终生成的气体体积不同,则盐酸的浓度合理的是
A.2.0mol/LB.1.5mol/LC.0.18mol/LD.0.24mol/L
解析:
若碳酸钠恰好与盐酸反应生成碳酸氢钠,则盐酸的浓度是1.0mol/L;若碳酸钠恰好与盐酸反应生成二氧化碳,则盐酸的浓度是2.0mol/L。
由于最终生成的气体体积不同,所以只能是介于二者之间。
答案:
B
例题2:
(极限法;2011上海22)物质的量为0.10mol的镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧(产物不含碳酸镁),反应后容器内固体物质的质量不可能为
A.3.2gB.4.0gC.4.2gD.4.6g
解析:
若镁全部与氧气反应只生成氧化镁,其质量是4g;若镁全部与二氧化碳反应生成氧化镁和碳,其质量是4.6g。
因为只要有氧气存在,就不可能生成单质碳,即镁应该首先与氧气反应,所以选项D是不可能。
答案:
D
例题3:
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[]
A.3.06gB.3.36gC.3.66gD.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.
五、十字交叉法
十字交叉法是进行二组分混和物平均量与组分量计算的一种简便方法。
凡可按M1n1+M2n2=
(n1+n2)计算的问题,均可用十字交叉法计算的问题,均可按十字交叉法计算,算式如右图为:
式中,
表示混和物的某平均量,M1、M2则表示两组分对应的量。
如
表示平均分子量,M1、M2则表示两组分各自的分子量,n1、n2表示两组分在混和物中所占的份额,n1:
n2在大多数情况下表示两组分物质的量之比,有时也可以是两组分的质量比,如在进行有关溶液质量百分比浓度的计算。
十字交叉法常用于求算:
混和气体平均分子量及组成、混和烃平均分子式及组成、同位素原子百分含量、溶液的配制、混和物的反应等。
(一)混和气体计算中的十字交叉法
例题1:
在常温下,将1体积乙烯和一定量的某气态未知烃混和,测得混和气体对氢气的相对密度为12,求这种烃所占的体积。
【分析】根据相对密度计算可得混和气体的平均式量为24,乙烯的式量是28,那么未知烃的式量肯定小于24,式量小于24的烃只有甲烷,利用十字交叉法可求得甲烷是0.5体积
(二)同位素原子百分含量计算的十字叉法
例题2:
溴有两种同位素,在自然界中这两种同位素大约各占一半,已知溴的原子序数是35,原子量是80,则溴的两种同位素的中子数分别等于。
(A)79、81(B)45、46(C)44、45(D)44、46
【分析】平均中子数为:
80-35=45,两种同位素大约各占一半,根据十字交叉法可知,两种同位素原子量与溴原子量的差值相等,那么它们的中子数应相差2,所以答案为D
(三)溶液配制计算中的十字交叉法
例题3:
某同学欲配制40%的NaOH溶液100克,实验室中现有10%的NaOH溶液和NaOH固体,问此同学应各取上述物质多少克?
【分析】10%NaOH溶液溶质为10,NaOH固体溶质为100,40%NaOH溶液溶质为40,利用十字交叉法得:
需10%NaOH溶液为
60/90×100=66.7克,需NaOH固体为30/90×100=33.3克
(四)混和物反应计算中的十字交叉法
例题4:
用1L1mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2,求所得的溶液中CO23-和HCO3=的物质的量之比为
【分析】依题意,反应产物为Na2CO3和NaHCO3的混合物,若只生成为Na2CO3,需NaOH1.6mol,若只生成为NaHCO3,需NaOH0.8mol。
现共消耗NaOH1mol,于是由十字交叉法得(右图):
∴n(Na2CO3):
n(NaHCO3)=1:
3
六、关系式法
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,依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质的量的关系,并据此列比例式进行计算求解方法,称为“关系式”法。
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。
一.根据题目所给等量关系找关系式
1、根据不同物质中所含同种元素质量相等找关系式:
即若不同物质中某元素的质量相等,则该元素的原子个数必然相等。
从而可以建立关系式。
例题:
264kg硫铵与_____kg碳铵所含氮元素的质量相当。
解析:
硫铵是硫酸铵,碳铵是碳酸氢铵。
(NH4)2SO4~2NH4HCO3。
132/264=2×79/m(NH4HCO3),m(NH4HCO3)=316kg。
2、根据物质的质量、体积、密度或物质的量相等找关系式:
即①若不同种物质的质量相等,则每种物质的总式量必相等;②若不同种气态物质在相同条件下体积相等,则每种物质的分子个数或物质的量必相等;③不同种气态物质在相同条件下密度相等,则每种物质的相对分子质量相等;④若不同种物质的物质的量相等,则每一种物质的分子个数相等,若是相同条件下的气态物质,则体积也相同。
例题:
相同条件下,相同质量的二氧化硫气体与三氧化硫气体中氧元素质量比是_____及氧原子个数比是_____,两种物质的体积比是_____和物质的量之比是_____。
解析:
若使质量相等,则应使总式量相等。
即5SO2~4SO3。
氧元素质量比=氧原子个数比=5/6;体积比=物质的量比=5/4。
二.根据化学反应实质找关系式
1、根据不同活泼金属失电子数相等找关系式。
例题:
铁、镁、铝三种金属分别与足量的稀盐酸反应生成等质量的氢气时,参加反应的铁、镁、铝的质量比为__________。
解析:
失去电子数目相等。
3Mg~3Fe~2Al。
3×24:
3×56:
2×27=12:
28:
9。
或:
Mg/2~Fe/2~Al/3。
24/2:
56/2:
27/3=12:
28:
9。
2、根据反应前后质量相等找关系式。
例题:
有一块铁铝合金,溶于足量盐酸中,再用足量KOH溶液处理,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧,使之完全变成红色粉末,经称量发现该红色粉末和原合金质量恰好相等,则合金中铝的质量分数为
A.70%B.52.4%C.47.6%D.30%
解析:
2Fe~2FeCl2~2Fe(OH)2~2Fe(OH)3~Fe2O3。
由质量相等得知,铝的含量相当于氧的含量。
所以铝的质量分数为:
48/(48+112)=30%。
3、根据并列多步反应找元素对应关系式。
例题:
一定量的铁粉和9g硫粉混合加热,待其反应后再加入过量盐酸,将生成的气体完全燃烧,共收集得9g水,则加入的铁粉质量为
A.14gB.42gC.56gD.28g
解析:
Fe~FeS(铁守恒)~H2S(硫守恒)~H2O(氢守恒);或:
Fe~H2(化学方程式)~H2O(氢守恒)。
即:
1molFe生成1molH2,n(Fe)=n(H2))=9/18=0.5mol,m(Fe)=28g。
4、根据纵向多步反应中心元素守恒找对应关系式。
例题:
含有SiO2的黄铁矿试样1克,在O2中充分灼烧后残余固体为0.76克,用这种黄铁矿100吨可制得98%的浓硫酸多少吨?
(设反应过程有2%的硫损失)
【分析】根据差量法计算黄铁矿中含FeS2的量为72%,而反应过程损失2%的硫即损失2%的FeS2,根据有关化学方程式找出关系式:
FeS2—2H2SO4利用关系式计算可得结果为:
制得98%的浓硫酸117.6吨。
5、根据多步反应中各物质化学反应中化学计量系数进行递推找对应关系式。
11.让足量浓硫酸与10g氯化钠和氯化镁的混合物加强热反应,把生成的氯化氢溶于适量水中,加入二氧化锰使盐酸完全氧化,将反应生成的氯气通入KI溶液中,得到11.6g碘,试计算混合物中氯的质量分数。
解析:
4HCl~Cl2~I2,11.6/254=x/146,x=6.7g,Cl%=(6.7×35.5/36.5)/10=65.2%。
三、物质分析中的关系式法
测定漂白粉中氯元素的含量,测定钢中的含硫量,测定硬水中的硬度或测定某物质组成等物质分析过程,也通常由几步反应来实现,有关计算也需要用关系式法。
例题2:
让足量浓硫酸与10克氯化钠和氯化镁的混合物加强热反应,把生成的氯化氢溶于适量的水中,加入二氧化锰使盐酸完全氧化,将反应生成的氯气通入KI溶液中,得到11.6克碘,试计算混和物中NaCl的百分含量。
【分析】根据有关化学方程式可得:
4HCl—I2,利用关系式计算可得生成氯化氢的质量是6.7克,再利用已知条件计算得出混和物中NaCl的百分含量为65%。
7、估算法
(一)估算法适用于带一定计算因素的选择题,是通过对数据进行粗略的、近似的估算确定正确答案的一种解题方法,用估算法可以明显提高解题速度。
例题1:
有一种不纯的铁,已知它含有铜、铝、钙或镁中的一种或几种,将5.6克样品跟足量稀H2SO4完全反应生成0.2克氢气,则此样品中一定含有
(A)Cu(B)Al(C)Ca(D)Mg
【分析】计算可知,28克金属反应失去1摩电子就能符合题目的要求。
能跟稀H2SO4反应,失1摩电子的金属和用量分别为:
28克Fe、9克Al、20克Ca、12克Mg,所以答案为A
(二)用估算法确定答案是否合理,也是我们检查所做题目时的常用方法,用此法往往可以发现因疏忽而造成的计算错误。
例题2:
24毫升H2S在30毫升O2中燃烧,在同温同压下得到SO2的体积为
(A)24毫升(B)30毫升(C)20毫升(D)18毫升
【分析】H2S在O2充足时发生完全燃烧:
2H2S+3O2==2SO2+2H2O;此时O2不足,H2S在O2不足时发生不完全燃烧:
2H2S+O2==2S↓+2H2O,故可视为24mLH2S与12mLO2反应生成S后,剩余的18mLO2与S反应生成18mLSO2。
2H2S+3O2=2SO2+2H2O根据方程式系数的比例关系估算可得答案为D
八、平均值法
混合物的计算是化学计算中常见的比较复杂的题型。
有些混合物的计算若用平均值法,则可化难为易,化繁为简,进而提高解这类题的能力。
两个数进行算术平均所得的平均值,一定介于两个数之间。
若已知平均值,则可推断原来两个数一定比平均值大,另一个数比平均值小。
这种应用平均值去判断两个数的取值范围的方法称为平均值法。
可利用分子量或原子量的平均值,体积平均值,组成平均值来确定混合物的组成。
例题1:
0.1mol由两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后,得到0.16molCO2和3.6g水,混合气体中()
A.可能有甲烷B.一定是甲烷和乙烯C.一定没有乙烷D.一定有乙炔
【分析】设混合气态烃的平均化学式为CxHy,因0.1molCxHy和O2反应生成0.16molCO2和0.2molH2O,则x=1.6,y=4,即混合烃的平均化学式为C1.6H4,由此可得:
(1)混合气态烃中一定有CH4,
(2)另一种气态烃为CnH4,可能是C2H4或C3H4等,但一定没有C2H6,故正确答案为C
例题2:
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[]
A.锌B.铁C.铝D.镁
【分析】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11.2LH2(标准状况)需各金属质量分别为:
Zn∶32.5g;Fe∶28g;Al∶9g;Mg
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