知識點十一-化學計算-高一化學上學期期中期末復習系列(人教版2019必修第一冊)

知識點十一化學計算過量計算過量計算的依據(jù)是化學反應的化學方程式，化學方程式中的物質計量數(shù)之比是恰好反應時物質的物質的量之比。若反應物的量均已知時，先求出各自的物質的量，根據(jù)恰好反應時物質的物質的量的關系，確定那種物質恰好反應，那種物質剩余，然后按照不足者進行計算。具體步驟：①寫出反應方程式；②判斷哪個反應物過量；③根據(jù)不足量求解。1．方程式要配平。2．列比例式時同一物質的關系量（已知、未知）上下單位必須相同?；旌衔镉嬎?．設××物質的物質的量分別為x、y(不論題求的是什么量)。2．根據(jù)化學方程式或某粒子的守恒關系，列二元一次方程。一般根據(jù)混合物的質量列一方程，再根據(jù)題中反應物或生成物的量列另一方程。解二元一次方程即可?！纠}】準確稱Ag2O2與Ag2O的混合物2.588g，在一定的條件下，兩物質完全分解均生成Ag和O2，得到224.0mLO2（標準狀況下）。計算樣品中Ag2O2的物質的量?！窘馕觥縩(O2)＝EQ\f(0.2240L,22.4L·mol－1)＝1.000×10－2mol設樣品中Ag2O2的物質的量為x，Ag2O的物質的量為yAg2O22Ag＋O2↑、2Ag2O4Ag＋O2↑xxyEQ\f(1,2)y248g·mol－1×x＋232g·mol－1×y＝2.588gx＋EQ\f(1,2)y＝1.000×10－2mol解得：x＝9.500×10－3mol注意總量的變化問題，如有的混合物取若干分之一進行實驗，有的混合液稀釋到250mL，只取10mL進行實驗，若計算總量時要乘以相應的倍數(shù)。差量法——化學方程式計算中的巧思妙解1．應用原理差量法是指根據(jù)化學反應前后有關物理量發(fā)生的變化，找出“理論差量”。這種物理量可以是質量、物質的量、氣態(tài)物質的體積等。用差量法解題時先把化學方程式中的對應差量(理論差量)跟實際差量列成比例，然后求解。2．解題步驟第一步準確寫出有關反應的化學方程式第二步依據(jù)題意，找出產生差量的“對象”；根據(jù)方程式確定“理論差量”(如質量、物質的量、氣體體積等)，再根據(jù)題中有關量確定“實際差量”；兩差量列在方程式左側第三步根據(jù)反應方程式，列比例式求解【例題】為了檢驗某含有NaHCO3雜質的Na2CO3樣品的純度，現(xiàn)將w1g樣品充分加熱，其質量變?yōu)閣2g，則該樣品的純度(質量分數(shù))是A．eq\f(84w2－53w1,31w1) B．eq\f(84(w1－w2),31w1)C．eq\f(73w2－42w1,31w1) D．eq\f(115w2－84w1,31w1)【答案】A【解析】設樣品中NaHCO3質量為xg2NaHCO3eq\o(,\s\up6(Δ))Na2CO3＋CO2↑＋H2O△m2×841062×84－106x w1－w2解得：x＝eq\f(84(w1－w2),31)，故樣品純度為eq\f(m(Na2CO3),m(樣品))＝eq\f(w1－x,w1)＝eq\f(84w2－53w1,31w1)。1．解答此類題的關鍵是分析引起差量的原因，只有當差值與始態(tài)量或終態(tài)量存在比例關系，且化學計量的差值必須是同一物理量時，才能用“差量法”解題。2．所選用差值要與有關物質的數(shù)值成正比例關系。3．有關物質的物理量及其單位都要正確地使用。關系式法——一種快速高效的連續(xù)化學反應方程式計算方法1．應用原理關系式法是一種巧妙利用已知量與未知量之間的關系進行解題的一種方法，一般適用于多步進行的連續(xù)反應，因前一個反應的產物是后一個反應的反應物，可以根據(jù)中間物質的傳遞關系，找出原料和最終產物的相應關系式，把多步計算簡化成一步計算。2．解題步驟第一步準確寫出各步反應的化學方程式第二步找出“中介”的物質，并確定最初反應物、中介物質、最終生成物之間量的關系第三步確定最初反應物和最終生成物之間量的關系第四步根據(jù)已知條件及關系式列出比例式計算求解【例題】Ba2＋是一種重金屬離子，對生物有害，環(huán)境監(jiān)測小組欲利用Na2S2O3、KI、K2Cr2O7等試劑測定某工廠廢水中Ba2＋的濃度。（1）現(xiàn)需配制250mL0.100mol·L—1標準Na2S2O3溶液，所需要的玻璃儀器除量筒、250mL容量瓶、玻璃棒外，還需要_____________________。（2）需準確稱取Na2S2O3固體的質量為__________g。（3）另取廢水50.00mL，控制適當?shù)乃岫燃尤胱懔康腒2Cr2O7溶液，得BaCrO4沉淀；沉淀經洗滌、過濾后，用適量的稀鹽酸溶解，此時CrO2－全部轉化為Cr2O2－；再加過量KI溶液反應，反應液中再滴加上述Na2S2O3溶液，反應完全時，消耗Na2S2O3溶液36.00mL。已知有關的離子方程式為：①Cr2O72－＋6I－＋14H＋2Cr3＋＋3I2＋7H2O②I2＋2S2O2－2I－＋S4O2－試計算該工廠廢水中Ba2＋的物質的量濃度?！敬鸢浮浚?）燒杯、膠頭滴管（2）3.95（3）0.024mol·L－1【解析】（2）m(Na2S2O3)＝0.100mol·L—1×0.250L×158g·mol－1＝3.95g（3）根據(jù)題意有：Ba2＋＋CrO2－BaCrO4……①2BaCrO4＋2H＋Cr2O2－＋2Ba2＋＋2H2O……②Cr2O72－＋6I－＋14H＋2Cr3＋＋3I2＋7H2O……③I2＋2S2O2－2I－＋S4O2－……④由①得Ba2＋～BaCrO4，由②得BaCrO4～EQ\f(1,2)Cr2O2－，由③得EQ\f(1,2)Cr2O2－～EQ\f(3,2)I2，由④得，EQ\f(3,2)I2～3S2O2－，綜合得：Ba2＋～BaCrO4～EQ\f(1,2)Cr2O2－～EQ\f(3,2)I2～3S2O2－1mol3molc(Ba2＋)×50.00mL×10－3L·mL－10.1mol·L－1×36.00mL×10－3L·mL－1c(Ba2＋)＝EQ\f(1mol×0.1mol·L－1×36.00mL×10－3L·mL－1,3mol×50.00mL×10－3L·mL－1)＝0.024mol·L－11．正確書寫關系式是用關系式法解化學計算題的前提。2．建立關系式的方法還有：①利用微粒守恒關系建立關系式(實際化工生產中往往涉及多步反應，但原料和產品中的某種主要元素是相同的，據(jù)此可以找出關系式)；②利用方程式的加合建立關系式。3．尋找關系式時，要特別注意原料中的主要元素是否全部轉化為產物，如不能完全轉化，可以將分步轉化率換算成總轉化率進行計算。守恒法——整體思維的應用1．應用原理守恒法是一種整合的思維方法，運用守恒定律，不糾纏過程細節(jié)，只考慮反應體系中研究對象化學量的始態(tài)和終態(tài)(如反應中的原子守恒、得失電子守恒、電荷守恒、化合價升降守恒、能量守恒等)或相互間的關系(如化合物中的化合價規(guī)則，電解質溶液中的電中性原則等)，從而達到速解、巧解化學試題的目的。2．解題步驟第一步明確題目要求解的量第二步根據(jù)題目要求解的量，分析反應過程中物質的變化，找出守恒類型及相關的量第三步根據(jù)守恒原理，梳理出反應前后守恒的量，列式計算求解3．守恒類型質量守恒(原子守恒)依據(jù)化學反應的實質是原子的重新組合，因而反應前后原子的總數(shù)和質量保持不變。質量守恒法解題時可利用①整體守恒：即反應中反應物的總質量與生成物的總質量守恒；②局部守恒：即反應中反應物與產物中某元素的原子或離子守恒或元素守恒。電荷守恒涉及溶液中離子濃度的計算時常需用到電荷守恒。依據(jù)電解質溶液呈電中性，首先找出溶液中所有陽離子和陰離子，再根據(jù)陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負電荷總數(shù)列等式。得失電子守恒依據(jù)氧化還原反應中電子得失數(shù)目相等，即氧化劑得到的電子總數(shù)目等于還原劑失去的電子總數(shù)目。利用得失電子守恒法可以①計算元素的化合價；②計算氧化（或還原）產物的量；③計算氧化劑、還原劑的消耗量；④計算混合物的組成。1．質量守恒法——適用于化學反應、溶解度計算、稀釋過程。2．電荷守恒法：適用于電解質溶液中有關離子的鑒定、物質的量（濃度）的計算等。列式時不要忘了離子濃度前乘上離子所帶電荷數(shù)；一般情況下，列電荷守恒等式時不能忽略H＋、OH－，但在計算時，酸性溶液中?？珊雎設H－，堿性溶液中常可忽略H＋。3．電子守恒解題的思維模板一找物質氧化劑→還原產物還原劑→氧化產物二定得失確定一個粒子得失電子數(shù)(注意：化學式中的原子個數(shù))三列等式根據(jù)題中物質的物質的量和得失電子守恒列出等式【例題】將1.08gFeO完全溶解在100mL1.00mol·L－1硫酸中，然后加入25.00mLK2Cr2O7溶液，恰好使Fe2＋全部轉化為Fe3＋，且Cr2Oeq\o\al(2－,7)中的鉻全部轉化為Cr3＋。則K2Cr2O7的物質的量濃度是________。【答案】0.100mol·L－1【解析】由電子守恒知，F(xiàn)eO中＋2價鐵所失電子的物質的量與Cr2Oeq\o\al(2－,7)中＋6價鉻所得電子的物質的量相等。Cr2Oeq\o\al(2－,7)eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(得(6－3)×2e－),\s\do4(→))),\s\do6())Cr3＋、Fe2＋eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(失1e－),\s\do4(→))),\s\do6())Fe3＋，n(Fe2＋)×1＝n(Cr2Oeq\o\al(2－,7))×(6－3)×2eq\f(1.08g,72g·mol－1)×1＝0.02500L×c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))×(6－3)×2，得c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝0.100mol·L－1。物質化學式的計算1．根據(jù)題給信息，計算出有關物質的物質的量。2．根據(jù)電荷守恒，確定未知離子的物質的量。3．根據(jù)質量守恒，確定結晶水的物質的量。4．將各粒子的物質的量化為整數(shù)比，其之比即為物質化學式的下標比，從而確定物質的化學式。通過反應——確定離子及其量，最后計算結晶水的量。有些離子，如CO2－、HCO－、NH＋常通過轉化為氣體，由題中氣體的量求其物質的量；有些離子，如SO2－、Ba2＋、Ca2＋則通過生成沉淀，根據(jù)沉淀的質量求其物質的量；有的離子如Fe2＋、C2O2—等則通過氧化還原反應滴定，測定其物質的量。【例題】煅燒黃鐵礦得到某化合物FexOy，取一定量該產品溶于足量鹽酸中，還需通入標準狀況下224mLCl2才能把溶液中的Fe2＋全部氧化為Fe3＋，然后把所得溶液滴加足量NaOH溶液，將沉淀過濾、洗滌、蒸干，灼燒至恒重，得8g固體。試計算確定該產品的化學式。【答案】FeO?2Fe2O3或Fe5O7【解析】n(Cl2)＝EQ\f(0.224L,22.4L·mol－1)＝0.01molCl2氧化Fe2＋為Fe3＋，根據(jù)電子轉移守恒可知Fe2＋的物質的量為：0.01mol×2＝0.02mol故氧化物中＋2價鐵的物質的量為：0.02moln(Fe2O3)＝EQ\f(8g,160g·mol－1)＝0.05mol原化合物中＋3價鐵的物質的量為：0.05mol×2－0.02mol＝0.08mol故FeO與Fe2O3的物質的量之比為：0.02mol∶EQ\f(0.08mol,2)＝1∶2該產品化學式為：FeO?2Fe2O3或Fe5O7一、選擇1．鐵和氧化鐵的混合物共xmol，加鹽酸后固體全部溶解，共收集到y(tǒng)mol氫氣，且向反應后的溶液中加入KSCN溶液不顯紅色，則原混合物中鐵的物質的量為A．(x＋y)mol B．(x－y)mol C．(x－y)mol D．(x＋y)mol2．（2022·甘肅張掖期末）鎂和鋁分別與等濃度、等體積的過量稀硫酸反應，產生氣體的體積（V）與時間（t）關系如下圖。反應中鎂和鋁的A．物質的量之比為3∶2B．質量之比為3∶2C．摩爾質量之比為2∶3D．生成氣體的物質的量之比為2∶33．把VL含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成兩等份，一份加入含amolNaOH的溶液，恰好使鎂離子完全沉淀為氫氧化鎂；另一份加入含bmolBaCl2的溶液，恰好使硫酸根離子完全沉淀為硫酸鋇。則原混合溶液中鉀離子的濃度為A．(b－a)/Vmol·L－1 B．(2b－a)/Vmol·L－1C．2(2b－a)/Vmol·L－1 D．2(b－a)/Vmol·L－14．把4.48LCO2通過一定量的固體過氧化鈉后收集到3.36L氣體(標況下)，則這3.36L氣體的質量是A．3.8g B．4.8g C．5.6g D．6.0g二、廢鐵屑為原料生產莫爾鹽的主要流程如下（已知NHeq\o\al(＋,4)與OH－在加熱時會產生NH3）：（1）“反應I”中通入N2的作用是___________________________________________________。（2）稱取23.52g新制莫爾鹽，溶于水配制成100mL溶液，將所得溶液分成兩等份。一份加入足量Ba(OH)2溶液，并微熱，逸出能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，同時生成白色沉淀，隨即沉淀變?yōu)榛揖G色，最后生成紅褐色；用足量稀鹽酸處理沉淀物，充分反應后過濾、洗滌和干燥，得白色固體13.98g。另一份用0.2000mol·L－1K2Cr2O7酸性溶液滴定，當Cr2O2－恰好完全被還原為Cr3＋時，消耗K2Cr2O7溶液的體積為25.00mL。通過計算確定莫爾鹽的化學式___________________________。（3）若將“水洗”這一步去掉，則所得產品中SO2－的質量分數(shù)會________（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。（已知硫酸鈉晶體為Na2SO4·10H2O）三、衡量水體污染的指標之一是化學需氧量(COD)，它是指在一定條件下氧化1L水樣中的還原性污染物所消耗的氧化劑的量，氧化劑的量用氧氣的質量來表示，單位是mg·L－1。COD大于500mg·L－1的廢水不得直接排放。取某廢水樣品20.00mL，加入10.00mL0.05000mol·L－1K2Cr2O7溶液，在一定條件下充分反應后，用0.1000mol·L－1的FeSO4溶液滴定多余的K2Cr2O7，用去FeSO4溶液12.00mL，此時鉻元素均以Cr3＋形式存在。請回答下列問題：（1）計算20.00mL廢水樣品消耗K2Cr2O7的物質的量。（2）通過計算說明，該廢水能否直接排放。參考答案一、選擇1．【答案】A【解析】由題意與鹽酸反應后的溶液中無Fe3＋，根據(jù)混合物的量有：n(Fe)＋n(Fe2O3)＝x……①，根據(jù)電子守恒Feeq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(失2e－),\s\do4(→))),\s\do6())Fe2＋，F(xiàn)e2O3eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(得2e－),\s\do4(→))),\s\do6())Fe2＋、2H＋eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(得2e－),\s\do4(→))),\s\do6())H2有：n(Fe)×2＝n(Fe2O3)×2＋2y……②，解得：n(Fe)＝EQ\f(1,2)(x＋y)，A項符合題意。2．【答案】A【解析】根據(jù)方程式分析：Mg＋H2SO4MgSO4＋H2↑2Al＋3H2SO4Al2(SO4)3＋3H2↑。A項，圖中產生的氫氣一樣多，結合方程式分析，鎂和鋁的物質的量比為3∶2，正確；B項，鎂和鋁的物質的量比為3∶2，質量比為3×24∶27×2＝4∶3，錯誤；C項，鎂和鋁的摩爾質量比為24∶27＝8∶9，錯誤；D項，生成氣體物質的量相等，錯誤。3．【答案】C【解析】一份加入含amolNaOH的溶液，恰好使鎂離子完全沉淀為氫氧化鎂，Mg2＋為eq\f(a,2)mol，硫酸鎂也是eq\f(a,2)mol。另一份加入含bmolBaCl2的溶液，恰好使硫酸根離子完全沉淀為硫酸鋇，SO2－為bmol。所以硫酸鉀有(b－eq\f(a,2))mol，鉀離子有2(b－eq\f(a,2))mol＝(2b－a)mol，或根據(jù)電荷守恒：Mg2＋為eq\f(a,2)mol、SO2－為bmol，則有n(Mg2＋)×2＋n(K＋)×1＝n(SO2－)×2，eq\f(a,2)mol×2＋n(K＋)×1＝bmol×2，n(K＋)＝(2b－a)mol；故c(K＋)＝eq\f((2b－a),\f(V,2))mol·L－1＝eq\f(2(2b－a),V)mol·L－1，故答案為C項。4．【答案】D【解析】根據(jù)干信息可得，n(CO2)＝EQ\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，反應后氣體的物質的量為EQ\f(3.36L,22.4L·mol－1)＝0.15mol。設參加反應的CO2的物質的量為x，由方程式2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2知，生成O2的物質的量為0.5x，則0.2mol－x＋0.5x＝0.15mol，x＝0.1mol，從而得出混合氣體中，CO2為0.1mol，O2為0.05mol，因此m(混)＝0.1mol×44g·mol－1＋0.05mol×32g·mol－1＝6.0g；故選D項。二、【答案】（1）防止Fe2＋被氧化為Fe3＋，且起攪拌作用，以加快反應速率（2）(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O[或(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]（3）偏小【解析】（1）為何不通空氣？從N2性質不活潑考慮，防止生成的Fe2＋被氧化，另氣體起攪拌從作用，可加快反應速率。（2）n(SO2－)＝EQ\f(13.98g,233g·mol－1)＝0.06mol6Fe2＋＋Cr2O2－＋14H＋＝6Fe3＋＋2Cr2＋＋7H2O61n(Fe2＋)0.2000mol·L－1×0.025Ln(Fe2＋)＝0.005mol×6＝0.03mol據(jù)電荷守恒：n(NH＋)＋2n(Fe2＋)＝2n(SO2－)，n(NH＋)＋2×0.03mol＝2×0.06mol，解得：n(NH＋)＝0.06moln(H2O)＝＝0.18