物质的量在方程式计算中的应用.docx
- 文档编号:6963530
- 上传时间:2023-01-13
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:209.06KB
物质的量在方程式计算中的应用.docx
《物质的量在方程式计算中的应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物质的量在方程式计算中的应用.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
物质的量在方程式计算中的应用
物质的量在方程式计算中的应用
化学相关计算是考生最易失分的一类题目,其原因是找不到合适的计算方法,而对于化学计算题而言,一旦选对计算方法,其余问题便迎刃而解,今以高考常用的计算方法(守恒法、关系式法等)入手,进行精讲细剖,让学生领悟方法之妙。
1.方程式中的比例关系
化学计量数之比=反应中各物质的粒子数之比=反应中各物质的物质的量之比=反应中各气体的体积之比(同温同压)。
2.根据方程式计算的基本步骤
一
根据题意写出配平的方程式
二
找出方程式中已知物和未知物的物质的量(有时可用质量、体积等表示)分别写在方程式中有关的化学式下面
三
把已知和待求的量[用m(B)、n(B)、V(B)或设未知数x、y等表示]分别写在方程式中有关化学式的下面
四
将有关的量列出比例式,求出待求的量
3.根据方程式计算应注意的问题
(1)方程式所表示的是纯净物质之间的量的关系,所以不纯物质的质量只有换算成纯净物质的质量,才能按方程式列出比例式进行计算。
(2)单位问题
一般说来在一个题目里如果都用统一的单位,不会出现错误,但如果题内所给的两个量不一致,这时只要做到两个量及其单位“上下一致,左右相当”即可。
[典例1] 在标准状况下,15.6gNa2O2投入足量水中,充分反应,生成NaOH的物质的量为多少?
生成O2的体积为多少?
[解析] n(Na2O2)=
=0.2mol
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
2mol 4mol 22.4L
0.2moln(NaOH)V(O2)
=
=
故n(NaOH)=0.4mol,V(O2)=2.24L。
[答案] 生成NaOH0.4mol,生成O2的体积为2.24L
[对点训练]
1.(2016·上海高考)CO2是重要的化工原料,也是应用广泛的化工产品。
CO2与过氧化钠或超氧化钾反应可产生氧气。
完成下列计算:
(1)CO2通入氨水生成NH4HCO3,NH4HCO3很容易分解。
2.00molNH4HCO3完全分解,分解产物经干燥后的体积为____________L(标准状况)。
(2)CO2和KO2有下列反应:
4KO2+2CO2===2K2CO3+3O2
4KO2+4CO2+2H2O===4KHCO3+3O2
若9molCO2在密封舱内和KO2反应后生成9molO2,则反应前密封舱内H2O的量应该是多少?
列式计算。
解析:
(1)碳酸氢铵分解的化学方程式为NH4HCO3
H2O+NH3↑+CO2↑,从化学方程式可以看出,分解产物经干燥后,所得气体为NH3和CO2,且n(NH3)+n(CO2)=2n(NH4HCO3)=2×2.00mol=4.00mol,则V(混合气体)=4.00mol×22.4L·mol-1=89.6L,即分解产物经干燥后的体积为89.6L。
答案:
(1)89.6
(2)设反应前密封舱内H2O的物质的量为n。
4KO2+4CO2+2H2O===4KHCO3+3O2
2n n 1.5n
4KO2+2CO2===2K2CO3+3O2
9-2n1.5(9-2n)
根据题意生成氧气9mol,所以有1.5n+1.5(9-2n)=9mol,解得n=3mol,即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol。
1.应用原理
所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。
在化学变化中有各种各样的守恒,如质量守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。
2.解题步骤
第一步
明确题目要求解的量
第二步
根据题目中要求解的量,分析反应过程中物质的变化,找出守恒类型及相关的量
第三步
根据守恒原理,梳理出反应前后守恒的量,列式计算求解
[典例2] (2017·江苏高考·节选)碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
碱式氯化铜有多种组成,可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。
为测定某碱式氯化铜的组成,进行下列实验:
①称取样品1.1160g,用少量稀HNO3溶解后配成100.00mL溶液A;②取25.00mL溶液A,加入足量AgNO3溶液,得AgCl0.1722g;③另取25.00mL溶液A,调节pH4~5,用浓度为0.08000mol·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+(离子方程式为Cu2++H2Y2-===CuY2-+2H+),滴定至终点,消耗标准溶液30.00mL。
通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
[解析] 由②中生成AgCl的质量,根据原子守恒可计算出1.1160g样品中Cl-的物质的量n(Cl-);由③可计算出1.1160g样品中Cu2+的物质的量n(Cu2+),根据电荷守恒:
n(OH-)+n(Cl-)=2n(Cu2+),得出n(OH-),最后由质量守恒得出n(H2O);由四种粒子的物质的量,可确定样品的化学式。
[答案] n(Cl-)=n(AgCl)×
=
×
=4.800×10-3mol
n(Cu2+)=n(EDTA)×
=0.08000mol·L-1×30.00mL×10-3L·mL-1×
=9.600×10-3mol
n(OH-)=2n(Cu2+)-n(Cl-)=2×9.600×10-3mol-4.800×10-3mol=1.440×10-2mol
m(Cl-)=4.800×10-3mol×35.5g·mol-1=0.1704g
m(Cu2+)=9.600×10-3mol×64g·mol-1=0.6144g
m(OH-)=1.440×10-2mol×17g·mol-1=0.2448g
n(H2O)=
=4.800×10-3mol
a∶b∶c∶x=n(Cu2+)∶n(OH-)∶n(Cl-)∶n(H2O)=2∶3∶1∶1
化学式为Cu2(OH)3Cl·H2O
[对点训练]
2.(2017·全国卷Ⅲ·节选)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为________________。
解析:
该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为
,根据Cr原子守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=
×294g·mol-1×10-3kg·g-1=
kg,所以产品的产率为
×100%=
×100%。
答案:
×100%
1.应用原理
关系式是表示两种或多种物质之间“量”的关系的一种简化式子,在多步反应中,它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“量”的关系表示出来,把多步计算简化成一步计算。
高考题量大,时间紧,对于涉及多步计算的问题,如滴定实验的有关计算,巧妙运用关系式法,可以缩短答题时间;解题的关键是正确书写关系式。
2.解题思路
学会推导关系式的三种方法确定解题思路:
(1)利用多步连续反应中化学计量关系推导。
(2)利用原子守恒推导:
如NH3的催化氧化制HNO3利用N守恒可推关系式:
NH3~HNO3。
(3)利用电子守恒推导:
如K2Cr2O7氧化Fe2+利用电子守恒可推关系式:
Cr2O
~6Fe2+。
[典例3] (2018·全国卷Ⅲ·节选)硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248g·mol-1)可用作定影剂、还原剂。
称取1.2000g某硫代硫酸钠晶体配成100mL溶液,利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。
取0.00950mol·L-1的K2Cr2O7标准溶液20.00mL,硫酸酸化后加入过量KI,发生反应:
Cr2O
+6I-+14H+===3I2+2Cr3++7H2O。
然后用硫代硫酸钠样品溶液滴定至淡黄绿色,发生反应:
I2+2S2O
===S4O
+2I-。
加入淀粉溶液作为指示剂,继续滴定,当溶液______,即为终点。
平行滴定3次,样品溶液的平均用量为24.80mL,则样品纯度为________%(保留1位小数)。
[解析] 加入淀粉作指示剂,淀粉遇I2变蓝色,加入的Na2S2O3样品与I2反应,当I2消耗完后,溶液蓝色褪去,即为滴定终点。
由反应Cr2O
+6I-+14H+===3I2+2Cr3++7H2O
I2+2S2O
===S4O
+2I-
得关系式:
Cr2O
~ 3I2 ~ 6S2O
1 6
0.00950mol·L-1×0.02L0.00950mol·L-1×0.02L×6
硫代硫酸钠样品溶液的浓度为
,样品的纯度为
×100%=95.0%。
[答案] 蓝色褪去 95.0
[对点训练]
3.为测定某石灰石中CaCO3的质量分数,称取Wg石灰石样品,加入过量的浓度为6mol·L-1的盐酸,使它完全溶解,加热煮沸,除去溶解的CO2,再加入足量的草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液后,慢慢加入氨水降低溶液的酸度,则析出草酸钙沉淀,离子方程式为C2O
+Ca2+===CaC2O4↓,过滤出CaC2O4后,用稀硫酸溶解:
CaC2O4+H2SO4===H2C2O4+CaSO4,再用蒸馏水稀释溶液至V0mL。
取出V1mL用amol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定,此时发生反应:
2MnO
+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O。
若滴定终点时消耗
amol·L-1的KMnO4V2mL,计算样品中CaCO3的质量分数。
解析:
本题涉及的化学方程式或离子方程式为
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
C2O
+Ca2+===CaC2O4↓
CaC2O4+H2SO4===H2C2O4+CaSO4
2MnO
+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
由方程式可以得出相应的关系式
5CaCO3~5Ca2+~5CaC2O4~5H2C2O4~2MnO
5 2
n1(CaCO3) aV2×10-3mol
n1(CaCO3)=2.5aV2×10-3mol
样品中n(CaCO3)=2.5aV2×10-3×
mol
则w(CaCO3)=
×100%=
%。
答案:
%
4.[原子守恒找关系式]银铜合金广泛用于航空工业,从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:
Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃]若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为________molCuAlO2,至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液__________L。
解析:
5.0kg银铜合金中铜的物质的量为
n(Cu)=
=50mol
根据流程图分析再由Cu原子守恒可得如下关系
4Cu~4CuO~4CuAlO2~2Al2(SO4)3
即2Cu~2CuAlO2~Al2(SO4)3
2 2 1
所以可完全转化生成50molCuAlO2,
至少需要Al2(SO4)3的体积为
=25.0L。
答案:
50 25.0
5.[电子守恒找关系式](2016·全国卷Ⅲ·节选)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO
,则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
解析:
根据电子守恒可知关系式
6VO2+~KClO3
n(KClO3)=
n(VO2+)=0.5mol。
答案:
0.5
课时跟踪检测]
1.在反应X+2Y===R+2M中,已知R和M的摩尔质量之比为22∶9,当1.6gX与Y完全反应后,生成4.4gR。
则在此反应中Y和M的质量之比为( )
A.16∶9 B.23∶9
C.32∶9D.46∶9
解析:
选A 由已知反应:
X+2Y===R + 2M
Mr(R) 2Mr(M)
4.4g m
由题意得Mr(R)∶2Mr(M)=22∶18=4.4g∶m,解得m=3.6g。
根据质量守恒定律,参加反应的Y的质量为4.4g+3.6g-1.6g=6.4g,所以Y与M的质量比为6.4g∶3.6g=16∶9。
2.(2020·吉林联考)把aL含硫酸铵和硝酸铵的混合溶液分成两等份。
一份加入含bmolNaOH的溶液并加热,恰好把NH3全部赶出;另一份需消耗cmolBaCl2才能使SO
完全沉淀,则原溶液中NO
的物质的量浓度(mol·L-1)为( )
A.
B.
C.
D.
解析:
选B n(NH
)=bmol,n(SO
)=cmol,根据电荷守恒知n(NO
)=(b-2c)mol,c(NO
)=
mol·L-1。
3.在Al2(SO4)3、K2SO4和明矾的混合溶液中,如果c(SO
)等于0.2mol·L-1,当加入等体积的0.2mol·L-1的KOH溶液时,生成的沉淀恰好溶解,则原混合溶液中K+的物质的量浓度为( )
A.0.25mol·L-1B.0.2mol·L-1
C.0.45mol·L-1D.0.225mol·L-1
解析:
选A 根据Al3++4OH-===AlO
+2H2O可知,加入等体积的KOH溶液时生成的沉淀恰好溶解,说明原溶液中c(Al3+)=
×0.2mol·L-1=0.05mol·L-1。
设K+的物质的量浓度为xmol·L-1,则根据电荷守恒可知,c(K+)+c(Al3+)×3=c(SO
)×2,即xmol·L-1+0.05mol·L-1×3=0.2mol·L-1×2,解得x=0.25。
4.工业上,利用黄铜矿(主要成分是CuFeS2)冶炼金属,产生的废气可以制备硫酸。
某黄铜矿中铜元素的质量分数为a%(假设杂质不含铜、铁、硫元素),其煅烧过程转化率为75%,得到的SO2转化为SO3的转化率为80%,SO3的吸收率为96%。
现有黄铜矿100t,其废气最多能制备98%的硫酸( )
A.1.8atB.2.8at
C.3.2atD.4.5at
解析:
选A 根据题中转化过程中物质变化及物质中硫原子守恒可得关系式:
CuFeS2~2SO2~2SO3~2H2SO4,根据黄铜矿中铜元素的质量分数为a%可得100t黄铜矿中n(CuFeS2)=n(Cu)=
=
mol,则根据关系式及各步的转化率可知n(H2SO4)=2n(CuFeS2)×75%×80%×96%=1.8a×104mol,则能制备98%的硫酸的质量为
=1.8a×106g=1.8at。
5.乙烯和乙烷的混合气体共amol,与bmolO2共存于一密闭容器中,点燃后充分反应,乙烯和乙烷全部消耗完,得到CO和CO2的混合气体和45gH2O,试求:
(1)当a=1时,乙烯和乙烷的物质的量之比n(C2H4)∶n(C2H6)=________。
(2)当a=1,且反应后CO和CO2混合气体的物质的量为反应前O2的
时,b=________,得到的CO和CO2的物质的量之比n(CO)∶n(CO2)=________。
解析:
(1)设原混合气体中C2H4、C2H6的物质的量分别为x、y,则
解得x=y=0.5mol,所以n(C2H4)∶n(C2H6)=1∶1。
(2)根据碳原子守恒,n(CO)+n(CO2)=2[n(C2H4)+n(C2H6)]=2amol,因为a=1,且n(CO)+n(CO2)=
mol,所以2=
,b=3,设反应后混合气体中CO、CO2的物质的量分别为x、y,则:
解得x=0.5mol,y=1.5mol,所以n(CO)∶n(CO2)=1∶3。
答案:
(1)1∶1
(2)3 1∶3
6.水泥是重要的建筑材料。
水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为MnO
+H++H2C2O4―→Mn2++CO2+H2O。
实验中称取0.400g水泥样品,滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为________。
解析:
根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO
~5H2C2O4,结合消耗KMnO4溶液的浓度和体积可求出n(H2C2O4)=
=4.5×10-3mol,则该水泥样品中钙的质量分数为
×100%=45.0%。
答案:
45.0%
7.过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)可用于改善地表水质、处理含重金属粒子废水、应急供氧等。
(1)已知:
I2+2S2O
===2I-+S4O
,测定制备的过氧化钙晶体中CaO2的含量的实验步骤如下:
第一步:
准确称取ag产品放入锥形瓶中,再加入过量的bgKI晶体,加入适量蒸馏水溶解,再滴入少量2mol·L-1的H2SO4溶液,充分反应。
第二步:
向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步:
逐滴加入浓度为cmol·L-1的Na2S2O3溶液发生反应,滴定达到终点时出现的现象是________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
若滴定消耗Na2S2O3溶液VmL,则样品中CaO2的质量分数为________(用字母表示)。
(2)已知过氧化钙加热至350℃左右开始分解放出氧气。
将过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)在坩埚中加热逐渐升高温度,测得样品质量随温度的变化如图所示,则350℃左右所得固体物质的化学式为______________。
解析:
(1)根据得失电子守恒,可得关系式CaO2~I2~2S2O
,则样品中CaO2的质量分数为
×100%=
×100%。
(2)CaO2·8H2O的摩尔质量为216g·mol-1,故2.16g过氧化钙晶体为0.01mol,350℃左右所得固体质量为0.56g,根据钙原子守恒,可知为CaO。
答案:
(1)溶液由蓝色变无色,且30s内不恢复蓝色
×100%
(2)CaO
8.人体血液里Ca2+的浓度一般采用mg·cm-3来表示。
抽取一定体积的血样,加适量的草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液,可析出草酸钙(CaC2O4)沉淀,将此草酸钙沉淀洗涤后溶于强酸可得草酸(H2C2O4),再用酸性KMnO4溶液滴定即可测定血液样品中Ca2+的浓度。
抽取血样20.00mL,经过上述处理后得到草酸,再用0.020mol·L-1酸性KMnO4溶液滴定,使草酸转化成CO2逸出,这时共消耗12.00mL酸性KMnO4溶液。
(1)已知草酸与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为2MnO
+5H2C2O4+6H+===2Mnx++10CO2↑+8H2O,则其中的x=________。
(2)经过计算,血液样品中Ca2+的浓度为______mg·cm-3。
解析:
(1)由电荷守恒可得x=2。
(2)血样处理过程中发生反应的离子方程式依次是:
①
Ca2++C2O
===CaC2O4↓;②CaC2O4+2H+===Ca2++H2C2O4;③2MnO
+5H2C2O4+
6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O,由此可得关系式:
5Ca2+~5CaC2O4~5H2C2O4~2MnO
,所以n(Ca2+)=
n(MnO
)=
×0.01200L×0.020mol·L-1=6.0×10-4mol,血液样品中
Ca2+的浓度=
=1.2×10-3g·cm-3=1.2mg·cm-3。
答案:
(1)2
(2)1.2
9.利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下:
Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为___________________________________________
____________________________________________________________________________。
铁渣中铁元素的化合价为________。
在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41g,CO2体积为1.344L(标准状况),则钴氧化物的化学式为________。
解析:
酸性条件下,Co(OH)3首先与H+反应生成Co3+,Co3+具有氧化性,可将SO
氧化为SO
,根据电子守恒和质量守恒定律,配平可得:
2Co(OH)3+4H++SO
===SO
+2Co2++5H2O。
由于NaClO3和O2具有氧化性,铁渣中铁元素应为+3价。
在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,n(CO2)=
=0.06mol,设钴氧化物的分子式为CoxOy,则有
xCoC2O4+
O2
CoxOy + 2xCO2
(59x+16y)g 2xmol
2.41g 0.06mol
则有(59x+16y)×0.06=2.41×2x,得x∶y=3∶4。
所以钴氧化物的化学式为Co3O4。
答案:
2Co(OH)3+SO
+4H+===2Co2++SO
+5H2O[或Co(OH)3+3H+===Co3++3H2O,2Co3++SO
+H2O===2Co2++SO
+2H+] +3 Co3O4
10.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-1的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗K2Cr2O7标准溶液25.00mL。
已知:
SO2+2Fe3++2H2O===SO
+2Fe2++4H+
Cr2O
+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)________(保留1位小数)。
(2)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。
解析:
(1)根据方程式:
4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
SO2+2Fe3++2H2O===SO
+2Fe2++4H+
Cr2O
+6Fe2++14H+
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物质 方程式 计算 中的 应用