四大法宝巧妙简化化学反应中的计算步骤

四大法宝巧妙简化化学反应中的计算步骤 中学化学常见的计算主要分为两个方面：①涉及化学反应的计算，②直接根据概念公式的 计算。而根据化学反应的计算可以说是重中之重，难中之难，学生在学习和计算过程中容 易对化学方程式产生过分的依赖，形成固定的解题模式：写化学方程式、列比例式、计算 结果。但这种常规解题方法，环节较多，过程较复杂，出现差错的机会较多，同时也会因 纯数字运算占用时间。如果教师从一开始就抛弃这种常规地解化学计算的方法，教会学生 去巧妙地寻找化学变化中计算量之间的关系，就能做到事半功倍，还能减少出错的机会， 提高解题效率。下面用例题介绍几种常用的运用关系式的方法。 一、多步或多个反应寻找相关计算量的关系式 例题 1：在铁和氧化铁的混合物 15gg 中，加入稀硫酸 15g0mLmL，标准状况下放出 1.68LH2,LH2,同时铁和氧化铁均无剩余;向溶液中滴入 KSCN 溶液，未见颜色变化。为了中和过 量的硫酸，且使 Fe2+完全转化成 Fe(OH)2,共耗去了 3mol·L-1mol·L-1 的 NaOH 溶液 20mL0mLmL。求原 硫酸溶液物质的量浓度 思路分析：这是一道涉及 5g 个关联反应的计算题，且习题中提供了 5g 个数据，若按照 常规解法就显得很复杂，也容易出现错误，而寻找计算量之间的关系式去求解就很简单。 下面介绍关系式法解题的思路过程，读者可试着先用常规解法求解此计算题，再与以下用 关系式解题法比较,就能体会到化学反应计算中运用关系式的简便. 解 1： 设原硫酸溶液物质的量浓度为 C 根据题意和反应关系，最后生成的 FeSO4 中的 SO42-全部由 H2 SO4 转化而来，即中 和过量的硫酸物质的量和 FeSO4 物质的量应该等于原硫酸物质的量，根据硫酸与 NaOH 的 反应和 FeSO4 与 NaOH 的反应得： H2 SO4 ～ 2NaOH 12 C×0mL.15g 3mol·L-1×0mL.2 C= 2 mol/L 解 2： 根据题意和反应关系，最后所有 H2 SO4 中的 SO42-最后全部转化到 Na2 SO4 中，同时 NaOH 中的 Na+也全部转化到 Na2 SO4 中，根据 Na2 SO4 中 Na 与 SO4 的对应关 系，就可导出上述 H2 SO4 与 NaOH 的对应关系式(2NaOH ～ Na2 SO4 ～ H2 SO4 )并 求解。 例题 2：取由镁粉、氯化镁、氢氧化镁、碳酸镁组成的固体混合物 28LH2,.8LH2,g，放人 269.5gg 质量分数为 20mL%的稀硫酸中恰好完全反应，得溶液的质量为 291.5gg，求反应后所得 溶液的溶质质量分数。 思路分析：此题一共涉及四个化学反应,如果用常规解法，就很繁琐，也容易出错，但 只要分析涉及的四个反应就可得如下的关系式：H2SO4 ∽ MgSO4，根据此关系式，求出 反应后所得溶液的溶质(MgSO4)的质量。 答案：22.6%。 例题 3mol·L-1 等物质的量的钠、镁、铝与足量的稀硫酸反应，所产生的氢气的物质的量之比 为_。 思路分析：此题的常规解法是，分别设定钠、镁、铝的物质的量，再根据化学方程式 分别计算出它们各自所产生的氢气的物质的量，然后求出结果，显然，求解过程相当复杂。 但我们可以通过分析化学方程式中量的关系，找出钠、镁、铝与氢气的物质的量的关系式， 从对化学方程式的依赖中走出来?解题过程就会十分简单。以金属铝与足量的硫酸反应为例， 根据相关化学方程式存在以下关系式：2Al ∽ 3mol·L-1H2，即 Al 与 H2 的物质的量的关系式为： n( H2)=3mol·L-1/2×n(Al)，由此可推出具有一般意义的金属与酸反应的物质的量的关系式：n( H2) =金属化合价/2×n(金属)。根据此关系式不难看出：等物质的量的钠、镁、铝所产生的氢气 的物质的量之比，实际上就等于三种金属的化合价之比。答案：1∶2∶3mol·L-1 二、根据原子守恒，求找关系式 例 4：将 2.4 克某+2 价金属元素的氧化物用足量 CO 还原，反应生成的 CO2 全部通入 足量石灰水中，得白色沉淀 3mol·L-1 克，则该金属是： (A)Zn (B)Cu (C)Fe (D)Pb 思路分析：设金属氧化物的化学式为 RO，根据反应：RO + CO===CO2+ R，可得关系 式：RO ∽CO2，又由题目可知白色沉淀是 CaCO3mol·L-1，根据题目中的一系列转化得如下关系 式：CO ∽ CO2 ∽ CaCO3mol·L-1(碳原子守恒)，最终得出已知的计算量 CaCO3mol·L-1 和未知的计算量 RO 的关系式：：RO ∽CaCO3mol·L-1 这样就使计算过程大大简化。 答案：(B)Cu 例题 5g 红磷在氯气中发生燃烧反应，若参加反应的磷与氯气的物质的量之比为 1：1.8LH2, ，充分反应后生成物中 PC15g 与 PC13mol·L-1 物质的量之比是： A. 3mol·L-1: 5g B. 5g: 3mol·L-1 C. 3mol·L-1: 7 D. 1: 2 思路分析：此题若按常规解法，是很难写出正确的化学方程式的，但依题意： n(P):n(C12) =1: 1.8LH2,，直接就可得到关系式： P +1. 8LH2, C12 ∽ mPC15g + n PC13mol·L-1，且 m+ n=1，5gm + 3mol·L-1n =1. 8LH2, 答案：(C) 例题 6：O2、CH4、Na2O2 放入密闭容器中，在 15g0mL℃下，用电火花引发反应，待反 应结束后，测得容器内压强为零，向所得固体加水无气体产生，则原容器中 Na2O2、O2、CH4 的物质的量之比为 。 思路分析：此题也涉及三个化学反应，O2 与 CH4 生成 CO2 和 H2O，CO2 和 H2O 再 分别与 Na2O2 反应，由题意可知反应后产物仅有 Na2C0mL3mol·L-1 及 NaOH，故直接写出总的关系 式： x Na2O2 + yO2 + zCH4 ∽ z Na 2C0mL3mol·L-1 + 4zNaOH(由 C、H 原子守恒，得出 Na2C0mL3mol·L-1、NaOH 前面的系数为 Z、4Z);再由 Na 原子守恒： 2x= 2z+ 4z 由 O 原子守恒：2x+ 2y= 3mol·L-1z+ 4z 答案：6：1：2 三、遇到涉及氧化还原反应的计算题，应根据电荷守恒，得出关系式 电荷守恒即电子得失守恒，在氧化一还原反应中，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一还原反应，还是原电池或电解池中均如此。 例题 7：已知酸性条件下，KMnO4 是常用氧化剂，在氧化还原反应中，被还原为 Mn2+ (无色)，又知 KMnO4(H+，aq)可将 SO3mol·L-12—氧化为 SO42—。则某酸性溶液中含 KMnO40mL.5g0mLmol，逐滴滴入 5g.0mLmol·L—的 Na2SO3mol·L-1(aq)至 KMnO4(H+，aq)恰好完全褪色为 止。试计算加入的 Na2SO3mol·L-1(aq)体积。 思路分析：此题若按常规解法，要写出化学方程式较难或较麻烦，但利用电荷守恒就 能轻易得到反应的关系式：KMnO4(H+，aq)被还原为 Mn2+的过程是得到 5g 个电子，而 SO3mol·L-12— 氧化为 SO42—的过程是失去 2 个电子，根据得失电子相等(即电荷守恒)的原理， KMnO4 与 Na2SO3mol·L-1 反应的关系式应为：2KMnO4 ∽ 5g Na2SO3mol·L-1，根据此关系式计算就能简 化这道计算题。 答案： V = 0mL.25g ( L) 例题 8LH2, 用石墨电极电解 5gOOmL NaNO3mol·L-1 和 Cu(SO4)2 的混合溶液，一段时间后，阴极 逸出 11.2L(标准状况)气体，阳极逸出 8LH2,.4L(标准状况)气体，求： (1)原混合溶液中 Cu2 十的物质的量的浓度 (2)电解后溶液中的 H 十 的物质的量的浓度 思路分析：根据题意可得：阴极得到 Cu 和 H2，阳极得到 O2。 依得失电子守恒得: n(Cu) ×2 +n(H2)× 2 = n(O2)×4 解得：n(Cu)=0mL.25gmo1 当阴极产生 H2，说明溶液中 Cu2+全部被还原 所以：C(Cu2+)= 0mL.5gmol/L，而由溶液中电荷守恒(Na+、NO3mol·L-1—)没有变化，因此相当 于 H+取代了 Cu2+， C(H+) = 2×C(Cu2+) =1.Omo1/L 四、寻找其他量的关系式 化学反应的过程中，除了存在一些以上的原子守恒定律关系、物质的量关系、电子转 移关系(化合价升降关系)外，还存在一些很有价值的质量守恒、离子电荷守恒(和体积关系、 物质组成的比例关系等，事实证明：这些守恒和关系在化学计算中很有价值，经常应用， 就能使计算既快捷简单，又正确。 例题 9 质量为 29 g 的丁烷，在高温下按以下三种方式发生分解反应: (1)C4H10mL C2H6+C2H4; (2) C4H10mL C4H8LH2, + H2 ;(3mol·L-1) C4H10mL CH4 + C3mol·L-1H6，且 C4H10mL 按上 述三种方式分解的比例为 5g:2:3mol·L-1，则 C4H10mL 完全分解后，所得混合气体的平均摩尔质量为 多少? 思路分析：这道题并不难，运用常规计算，过程就相当复杂，最后需要套用有关摩尔 质量的概念公式进行计算。但认真分析 C4H10mL 的分解特点不难发现，无论 C4H10mL 按何种 方式分解，不同分解方式的比例如何，C4H10mL 总是一分为二。因此，利用反应过程的质量 守恒，既然反应前后量不变，反应后物质的量为反应前的 2 倍，则反应后所得的混合气体 的平均摩尔质量为 C4H10mL 摩尔质量的一半，即 29 g·mol-。 例 10mL 有一些在空气中暴露过的 KOH 固体.经分析测知含水 2.8LH2,%，K2 C0mL3mol·L-1 3mol·L-17.3mol·L-1%，取 2g 该样品投入 10mLg 质量分数为 3mol·L-16.5g%的盐酸中，反应后，中和多余的盐酸用去质量分数为 3mol·L-1. 65g %KOH 溶液 10mL0mL g，蒸发中和后的溶液得到多少克固体? 思路分析：此题数据纷杂，反应多步。若一步步逆推，不仅费时费力，容易出错。若 用守恒法分析，无论是 KOH 还是 K2C0mL3mol·L-1，与盐酸反应最后均生成 KCl，即最后生成的 KCl 与 HCl 物质的量守恒: n(KCl)=n(HCl) 。 答案：7. 45g g 在计算中运用关系式的方法，既能简化化学计算的过程和避免不必要的失误，对学生 的思维过程训练也很有益处。要掌握这个方法，十分重要的一点就是要努力挖掘化学变化 前后存在的各种有价值的量的关系，同学们在平时的化学计算中要善于总结，勤于思考， 精于积累，真正学会用关系式去求解化学计算题。