2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版专题讲座一化学计算解题方法学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版专题讲座一化学计算解题方法学案

专题讲座一　化学计算解题方法 ‎【常见计算题型的解题方法】‎ ‎1．“差量法”在化学方程式计算中的妙用 ‎【解题模板】解题步骤：一是表示出理论差值及相应反应物、生成物对应的物理量，要注意不同物质的物理量及单位间的对应关系；二是表示出实际差量并写在相应位置(注意应将理论差值与实际差值写在化学方程式最右侧)；三是根据比例关系建立方程式并求出结果。‎ 图示：‎ ‎【例1】　汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应10NaN3＋2KNO3―→K2O＋5Na2O＋16N2↑。若氧化产物比还原产物多1.75 mol，则下列判断正确的是　(　　)‎ A．生成42.0 L N2(标准状况) B．有0.250 mol KNO3被氧化 C．转移电子的物质的量为1.25 mol D．被氧化的N原子的物质的量为3.75 mol ‎【解析】　反应中化合价和电子转移为 ‎【答案】　CD ‎2．解答连续反应类型计算题的捷径——关系式法 ‎【解题模板】多步连续反应计算的特征是多个化学反应连续发生，起始物与目标物之间存在定量关系。解题时应先写出有关反应的化学方程式，依据方程式或原子守恒规律找出连续反应的过程中不同反应步骤之间反应物、生成物物质的量的关系，最后确定已知物和目标产物之间的物质的量的关系(即找准关系式)，列出计算式求解，从而简化运算过程。‎ ‎【例2】　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：‎ ‎(4)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0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。‎ ‎【解析】　根据题目给出的流程可以得出：水泥样品中的SiO2在用氯化铵、盐酸和硝酸的处理过程中以沉淀的形式除去，而所得滤液中含有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋、Al3＋等，用氨水调节pH在4～5时，Fe3＋、Al3＋将会转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去，此时在滤液中加入草酸铵溶液会生成草酸钙沉淀，草酸钙沉淀经稀硫酸处理后，用KMnO4标准溶液滴定，从而根据KMnO4溶液的用量来计算水泥样品中钙的含量。将题目给出的方程式配平为2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2＋8H2O，则有5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4，n(KMnO4)＝0.050 0 mol·L－1×36.00 mL×10－3L·mL－1＝1.80×10－3 mol，n(Ca2＋)＝4.50×10－3 mol，水泥中钙的质量分数为×100%＝45.0%。‎ ‎【答案】　45.0%‎ ‎3．极限思维的妙用——极值法 ‎【解题模板】极值法即“极端假设法”是采用极限思维方式解决一些模糊问题的解题技巧。它是将题目假设为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物和生成物的值，进行分析判断，从而求得正确结论。极值法解题的基本思路：‎ ‎(1)把可逆反应假设成向左或向右的完全反应。‎ ‎(2)把混合物假设成纯净物。‎ ‎(3)把平行反应分别假设成单一反应。‎ ‎【例3】　向100 mL 1 mol·L－1的NaOH溶液中通入一定量的SO2后，将所得的溶液蒸干得到5.8 g固体物质，则该固体的成分是(　　)。‎ A．Na2SO3 B．NaHSO3‎ C．Na2SO3、NaHSO3 D．Na2SO3、NaOH ‎【解析】　本题中反应后得到的物质只可能有Na2SO3、NaHSO3、Na2SO3＋NaHSO3、Na2SO3＋NaOH四种情况，其中只有Na2SO3或只有NaHSO3时计算比较简单，故可先分别假设所得固体中只有Na2SO3或NaHSO3。假设所得固体全部是Na2SO3，则由钠原子守恒知可得到0.05 mol Na2SO3，质量为6.3 g；同理可求出当固体全部为NaHSO3时的质量为10.4 g，因计算出的两个数据均大于所得到的固体质量，故说明固体物质中有一部分NaOH没有转化为相应的盐。‎ ‎【答案】　D ‎4．混合物类计算的“简化高手”——平均值法 ‎【解题模板】所谓平均值法就是一种将数学平均原理应用于化学计算中的一种解题方法。它所依据的数学原理是：两个数Mr1和Mr2(Mr1大于Mr2)的算术平均值一定介于两者之间。所以，只要求出平均值，就可以判断Mr1和Mr2的取值范围，或根据Mr1和Mr2确定的取值范围，再结合题给条件即可迅速求出正确答案。常见的平均值有：求平均相对原子质量、平均相对分子质量、平均浓度、平均含量、平均摩尔电子质量、平均组成等。‎ ‎【例4】　把含有某一种氯化物杂质的MgCl2粉末95 g溶于水后，与足量AgNO3溶液反应，测得生成的AgCl为300 g，则该MgCl2中的杂质可能是(　　)。‎ A．NaCl B．AlCl3 C．KCl D．CaCl2‎ ‎【解析】　提供1 mol Cl－所需各物质的质量(即“平均摩尔Cl－质量”)分别为：‎ 物质的化学式 MgCl2‎ NaCl AlCl3‎ KCl CaCl2‎ 平均摩尔Cl－质量 ‎47.5‎ ‎58.5‎ ‎44.5‎ ‎74.5‎ ‎55.5‎ 而平均值＝95×＝45.4，小于45.4，只有AlCl3，故选B。‎ ‎【答案】　B ‎5．寻找变化量中不变量——守恒法 ‎【解题模板】在化学反应中存在一系列守恒现象，比如：质量守恒、元素守恒、‎ 原子守恒、电荷守恒、电子得失守恒等，利用这些守恒关系解题，有时会非常方便，这种方法叫作守恒法。下面简单介绍几种在化学计算中常用到的守恒。‎ ‎(1)质量守恒：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。‎ ‎(2)元素守恒：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。‎ ‎(3)电荷守恒：对任何一种电中性的体系，如化合物、混合物、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。‎ ‎(4)电子得失守恒：在发生氧化—还原反应时，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。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5】　将5.21 g纯铁粉溶于适量稀硫酸中，加热条件下，用2.53 g KNO3氧化Fe2＋，充分反应后还需0.009 mol Cl2才能完全氧化Fe2＋，则KNO3的还原产物氮元素的化合价为________。‎ ‎【解析】　n(Fe2＋)＝n(Fe)＝＝0.093 mol，n(KNO3)＝＝0.025 mol，亚铁离子被硝酸钾和氯气氧化，设硝酸钾中的氮元素还原为x价，根据电子得失守恒，则0.093 mol×(3－2)＝0.025 mol×(5－x)＋0.009 mol×2，解得x＝2，答案为＋2。‎ ‎【答案】　＋2‎ ‎【例1】　为确定Na2CO3和NaHCO3混合物样品的组成，称取四份该样品溶于水后分别逐滴加入相同浓度盐酸30.0 mL，充分反应，产生CO2的体积(已折算成标准状况下的体积，不考虑CO2在水中的溶解)如下表：‎ 实验序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 盐酸体积(mL)‎ ‎30.0‎ ‎30.0‎ ‎30.0‎ ‎30.0‎ 样品质量(g)‎ ‎2.96‎ ‎3.70‎ ‎5.18‎ ‎6.66‎ CO2体积(mL)‎ ‎672‎ ‎840‎ ‎896‎ ‎672‎ ‎(1)样品中物质的量之比n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝________。‎ ‎(2)盐酸的物质的量浓度c(HCl)＝________。‎ ‎【解析】　(1)对比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，随着样品质量的增加，生成二氧化碳的体积逐渐增大，说明Ⅰ、Ⅱ中盐酸过量，Na2CO3和NaHCO3完全反应，设Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为x、y，则①106x＋84y＝2.96　②x＋y＝＝0.03 mol，联立①②，解得：x＝0.02 mol，y＝0.01 mol，物质的量之比n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝0.02 mol∶0.01 mol＝2‎ ‎∶1，故答案为2∶1。(2)根据实验Ⅲ、Ⅳ可知，Ⅳ中盐酸不足，Na2CO3优先反应生成NaHCO3，设6.66 g样品中含有碳酸钠、碳酸氢钠的物质的量分别为2x、x，则106×2x＋84x＝6.66，解得x＝0.022 5 mol，即6.66 g样品中含有0.045 mol碳酸钠、0.022 5 mol碳酸氢钠，将样品加入盐酸中，先发生反应HCl＋Na2CO3===NaHCO3＋NaCl,0.045 mol碳酸钠完全反应生成NaHCO3消耗HCl的物质的量0.045 mol，碳酸钠完全反应后再发生Na2CO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，生成标准状况下672 L二氧化碳消耗HCl的物质的量为n(HCl)＝n(CO2)＝＝0.03 mol，所以30 mL盐酸中含有HCl的物质的量为0.045 mol＋0.03 mol＝0.075 mol，该盐酸的物质的量浓度为c(HCl)＝＝2.5 mol·L－1。‎ ‎【答案】　(1)2∶1　(2)2.5 mol·L－1‎ ‎【例2】　Cl2与NaOH溶液反应可生成NaCl、NaClO和NaClO3，c(Cl－)和c(ClO－)的比值与反应温度有关，用24 g NaOH配成的250 mL溶液，与Cl2恰好完全反应(忽略Cl2与水的反应、盐类的水解及溶液体积变化)：‎ ‎(1)NaOH溶液的物质的量浓度＝________ mol·L－1；‎ ‎(2)某温度下，反应后溶液中c(Cl－)＝6c(ClO－)，则溶液中c(ClO－)＝________ mol·L－1。‎ ‎【解析】　(1)n(NaOH)＝＝0.6 mol，c(NaOH)＝＝2.4 mol·L－1，故答案为2.4 mol·L－1。(2)溶液中c(Cl－)＝6c(ClO－)，因为溶液体积相同，所以n(Cl－)＝6n(ClO－)，根据转移电子相等得n(Cl－)×1＝n(ClO－)×1＋n(ClO)×5，则n(ClO)＝n(ClO－)，c(ClO)＝c(ClO－)，溶液中存在电荷守恒c(Cl－)＋c(ClO－)＋c(ClO)＝8c(ClO－)＝c(Na＋)＝2.4 mol·L－1，所以c(ClO－)＝0.3 mol·L－1，故答案为0.3 mol·L－1。‎ ‎【答案】　(1)2.4　(2)0.3‎ ‎【例3】　量取8.0 mL 5.0 mol·L－1H2SO4溶液，加蒸馏水稀释至100 mL，取两份稀释后的H2SO4溶液各25 mL，分别加入等质量的Zn和Fe，相同条件下充分反应，产生氢气的体积随时间变化的曲线如图所示(氢气体积已折算成标准状况下的体积)。请计算：‎ ‎(1)稀释后H2SO4溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。‎ ‎(2)加入Fe的质量至少有________g。‎ ‎【解析】　(1)H2SO4溶液各25 mL，分别加入等质量的Zn和Fe，生成的氢气的体积相同，由于Fe的摩尔质量比Zn小，所以Fe与硫酸反应时Fe过量，其反应方程式为：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，根据生成的氢气求硫酸的物质的量和浓度，由图像可知生成的氢气为n(H2)＝＝0.01 mol，则n(H2SO4)＝n(H2)＝0.01 mol，c(H2SO4)＝＝0.40 ‎ mol·L－1，故答案为0.40。‎ ‎(2)Zn与硫酸反应时锌完全反应，反应方程式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则m(Zn)＝0.65 g，Zn和Fe质量相同，所以Fe的质量为0.65 g，故答案为0.65。‎ ‎【答案】　(1)0.40　(2)0.65‎ ‎【例4】　分别称取2.39 g(NH4)2SO4和NH4Cl固体混合物两份。‎ ‎(1)将其中一份配成溶液，逐滴加入一定浓度的Ba(OH)2溶液，产生的沉淀质量与加入Ba(OH)2溶液体积的关系如图，混合物中n[(NH4)2SO4]∶n(NH4Cl)为________。‎ ‎(2)另一份固体混合物中NH与Ba(OH)2溶液(浓度同上)恰好完全反应时，溶液中c(Cl－)＝________(溶液体积变化忽略不计)。‎ ‎【解析】　(1)分别称取2.39 g(NH4)2SO4和NH4Cl固体混合物两份，而第一份加100 mL的氢氧化钡生成沉淀硫酸钡的质量为2.33 g，其物质的量为2.33 g÷233 g/mol＝0.01 mol，根据硫酸根离子守恒，所以第一份中硫酸铵的物质的量为0.01 mol，其质量为(0.01×132) g＝1.32 g，则每份中NH4Cl的质量为2.39 g－1.32 g＝1.07 g，所以氯化铵的物质的量为1.07 g÷53.5 g/mol＝0.02 mol；所以两者的物质的量之比为0.01∶0.02＝1∶2，故答案为1∶2。‎ ‎(2)由(2)可知100 mL氢氧化钡的物质的量为0.01 mol，所以氢氧化钡的浓度为0.01 mol/0.1 L＝0.1 mol/L，而2.39 g(NH4)2SO4和NH4Cl固体混合物中铵根离子的物质的量为(0.01×2＋0.02) mol＝0.04 mol，根据NH＋OH－===NH3↑＋H2O可知氢氧化钡的物质的量为0.02 mol，所以需氢氧化钡的体积为：0.02 mol÷0.1 mol/L＝0.2 L，根据c＝n/V＝0.02 mol/0.2 L＝0.1 mol/L。故答案为0.1 mol/L。‎ ‎【答案】　(1)1∶2　(2)0.1 mol/L ‎【例5】　取7.90 g KMnO4，加热分解后剩余固体7.42 g。该剩余固体与足量的浓盐酸在加热条件下充分反应，生成单质气体A，产物中锰元素以Mn2＋存在。‎ 请计算：‎ ‎(1)KMnO4的分解率________。‎ ‎(2)气体A的物质的量________。‎ ‎【解析】　(1)KMnO4的分解率＝分解的KMnO4的物质的量/KMnO4总的物质的量。题目已知KMnO4共7.90 g，物质的量为0.05 mol。加热分解后剩余固体为7.42 g，损失的质量为O2的质量0.48 g，说明O2的物质的量为0.015 mol。由2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑，可知KMnO4消耗0.03 mol。所以KMnO4的分解率为0.03 mol/0.05 mol＝60%。‎ ‎(2)在整个反应过程前后，锰元素从＋7价全部转化为＋2价，说明整个反应过程中转移了0.05 mol×5＝0.25 mol电子。剩余固体与浓盐酸反应生成气体A，则A应为氯气。所以整个反应过程中只有氧元素和氯元素失电子。氧元素失电子产生氧气，转移了0.015 mol×4 mol＝0.06 mol电子，根据电子守恒得知，氯元素必然转移0.19 mol电子。每产生1 mol氯气就转移2 mol电子，所以一定会产生0.19 mol/2＝0.095 mol 氯气。‎ ‎【答案】　(1)60%　(2)0.095 mol