资源简介 第3讲 化学计算的常用方法复习目标 1.进一步理解物质的量在化学计算中的“桥梁”作用。2.了解化学计算的常用方法。3.初步建立化学计算的思维模型。考点一 应用化学方程式计算1.应用化学方程式列比例的模式关键抓对应项列比例,且“上下单位统一,左右单位相当”。例1 [2021·全国甲卷,26(3)节选]KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2,若生成 1 mol I2,消耗的KI至少为______mol。答案 4解析 第一步:写出配平的方程式 2Cu2++4I-===2CuI↓+I2第二步:把已知量和求解量列在有关物质化学式的下面 4 1 x 1 mol第三步:列比例,求未知量 = 解得:x=4 mol1.过氧化钙(CaO2)是一种安全无毒的物质,带有结晶水,通常还含有CaO。过氧化钙在工农业生产中广泛用作杀菌剂、防腐剂、解酸剂、油类漂白剂等。(1)称取5.42 g过氧化钙样品,灼烧时发生如下反应:2CaO2·xH2O2CaO+O2↑+2xH2O,得到O2在标准状况下体积为672 mL,则该样品中CaO2的物质的量为________。(2)另取同一样品5.42 g,溶于适量的稀盐酸中,然后加入足量的Na2CO3溶液,将溶液中的Ca2+全部转化为CaCO3沉淀,得到干燥的CaCO3 7.0 g。①样品中CaO的质量为_________________________________________________________。②样品中CaO2·xH2O中的x为____________。答案 (1)0.06 mol (2)①0.56 g ②0.5解析 (1)n(O2)==0.03 mol,则:2CaO2·xH2O2CaO+O2↑+2xH2O2 mol 1 moln(CaO2·xH2O) 0.03 mol解得n(CaO2·xH2O)=0.06 mol,则n(CaO2)=n(CaO2·xH2O)=0.06 mol。(2)n(CaCO3)==0.07 mol。①根据钙元素守恒,可知:n(CaO)=0.07 mol-0.06 mol=0.01 mol,所以m(CaO)=0.01 mol×56 g·mol-1=0.56 g。②样品中水的质量为m(H2O)=5.42 g-m(CaO2)-m(CaO)=5.42 g-0.06 mol×72 g·mol-1-0.56 g=0.54 g,所以n(H2O)==0.03 mol,则x==0.5。2.应用化学方程式找差量计算(1)所谓“差量”就是指反应过程中反应物的某种物理量之和(始态量)与同一状态下生成物的相同物理量之和(终态量)的差,这种物理量可以是质量、物质的量、气体体积、气体压强、反应过程中的热效应等。根据化学方程式求出理论上的差值(理论差量),结合题中的条件求出或表示出实际的差值(实际差量),根据比例关系建立方程式并求出结果。(2)差量法的解题关键是找准研究对象。通常有:①固体的质量差,研究对象是固体。②气体的质量差,研究对象是气体。③液体的质量差,研究对象是液体。例2 为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,请列式计算该样品中Na2CO3的质量分数。答案 样品加热发生的反应为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ Δm168 106 62m(NaHCO3) (w1-w2) g样品中m(NaHCO3)= g,样品中m(Na2CO3)=w1 g- g,其质量分数为×100%=×100%=×100%。2.16 mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400 ℃左右可发生反应:6NO+4NH3??5N2+6H2O(g),达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5 mL,计算原混合气体中NO与NH3的物质的量之比。答案 6NO + 4NH3??5N2+6H2O(g) ΔV6 4 5 6 1V(NO) V(NH3) 1.5 mLV(NO)==9 mL,V(NH3)==6 mL,由此可知共消耗15 mL气体,还剩余1 mL气体,假设剩余的气体全部是NO,则V(NO)∶V(NH3)=(9 mL+1 mL)∶6 mL=5∶3,假设剩余的气体全部是NH3,则V(NO)∶V(NH3)=9 mL∶(6 mL+1 mL)=9∶7,但因该反应是可逆反应,剩余气体实际上是NO、NH3的混合气体,故<<,<<。3.尿素溶液浓度影响NO2的转化,测定溶液中尿素(M=60 g·mol-1)含量的方法如下:取a g尿素溶液,将所含氮完全转化为NH3,所得NH3用过量的V1 mL c1 mol·L-1 H2SO4溶液吸收完全,剩余H2SO4用V2 mL c2 mol·L-1 NaOH溶液恰好中和,则尿素溶液中溶质的质量分数是________(已知尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2)。答案 %解析 吸收NH3的硫酸的物质的量为V1×10-3 L×c1 mol·L-1-V2 ×10-3 L×c2 mol·L-1 ×=(V1c1-V2c2)×10-3 mol,根据化学方程式CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑和2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4可知,尿素的物质的量为(V1c1-V2c2)×10-3mol,则尿素溶液中溶质的质量分数是×100%=%。考点二 关系式法的应用关系式法(1)列关系式通常有如下几种方法:①有关化学方程式的计量数关系;②原子守恒关系;③得失电子守恒关系。(2)应用关系式法的思维模型一、关系式法在滴定计算中的应用1.准确称取0.500 0 g CuSO4·5H2O样品,加适量水溶解,转移至碘量瓶中,加过量KI溶液并用稀H2SO4酸化,以淀粉溶液为指示剂,用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3的溶液19.80 mL。测定过程中发生下列反应:2Cu2++4I-===2CuI↓+I2、2S2O+I2===S4O+2I-。计算CuSO4·5H2O样品的纯度(写出计算过程):________________________________________________________________________________________________________________________________________________。审题流程答案 根据实验流程及反应方程式得关系式:CuSO4·5H2O~Na2S2O3,样品中n(CuSO4·5H2O)=0.100 0 mol·L-1×0.019 8 L=0.001 98 mol,则CuSO4·5H2O样品的纯度w=×100%=99%2.[2019·全国卷Ⅱ,26(3)]立德粉(ZnS·BaSO4)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品,置于碘量瓶中,移取25.00 mL 0.100 0 mol·L-1的I2 KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量的I2用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S2O===2I-+S4O。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为_______________,样品中S2-的含量为________________________(写出表达式)。答案 浅蓝色至无色 ×100%解析 达到滴定终点时I2完全反应,可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色,且半分钟内颜色不再发生变化;根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式I2~2S2O,可得n(I2)过量=×0.100 0V×10-3mol,再根据关系式S2-~I2可知,n(S2-)=0.100 0×25.00×10-3 mol-×0.100 0V×10-3mol=(25.00-)×0.100 0×10-3mol,则样品中S2-的含量为×100%。3.称取软锰矿样品0.100 0 g。对样品进行如下处理:①用过氧化钠处理,得到MnO溶液;②煮沸溶液,除去剩余的过氧化物;③酸化溶液,MnO歧化为MnO和MnO2;④滤去MnO2;⑤用0.100 0 mol·L-1 Fe2+标准溶液滴定滤液中MnO,共用去25.80 mL。计算样品中MnO2的质量分数(保留1位小数;写出简要的计算过程)。答案 有关反应方程式为MnO2+Na2O2===Na2MnO43MnO+4H+===2MnO+MnO2↓+2H2OMnO+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2OMnO2~ MnO~MnO~Fe2+故w(MnO2)=×100%=×100%≈67.3%。二、关系式法在计算转化率(产率)中的应用4.实验室在55~60 ℃的条件下将20 mL苯(密度为0.88 g·cm-3)与22 mL浓硫酸和20 mL浓硝酸的混合液共热来制备硝基苯(难溶于水的油状液体),制备原理和装置如下(加热和夹持装置省略):+HNO3+H2O(1)实验所用苯的质量为________。(2)若该实验制备得到纯硝基苯18 g,计算该实验中硝基苯的产率为________(保留小数点后两位)。答案 (1)17.6 g (2)64.86%解析 (1)实验所用苯的质量为20 mL×0.88 g ·cm-3=17.6 g。(2)根据关系式:,可知理论上生成的硝基苯的质量为 g≈27.75 g ,则硝基苯的产率为×100%≈64.86%。5.已知 ,用40 g苯乙腈,最终得到44 g苯乙酸纯品,则苯乙酸的产率是________________________________________________。答案 95%解析 ~ 117 136 40 g mm=×40 g≈46.5 g,产率为×100%≈95%。熟记计算公式(1)物质的质量分数(或纯度)=×100%。(2)反应物的转化率=×100%。(3)生成物的产率=×100%。其中理论产量是根据方程式计算出的数值。1.[2021·湖北1月选考模拟,16(5)]某同学用5.60 g干燥铁粉制得无水FeCl3样品13.00 g,该次实验的产率是________。答案 80.00%解析 根据2Fe+3Cl22FeCl3,可求5.60 g 干燥铁粉完全转化为FeCl3的质量为×162.5 g·mol-1=16.25 g,则产率为×100%=80.00%。2.[2021·湖南1月适应性考试,15(4)(5)]用间接滴定法测定某葡萄糖酸钙产品(M[Ca(C6H11O7)2·H2O]=448 g·mol-1)的纯度,其步骤如下:①称取产品0.600 g置于烧杯中,加入蒸馏水及适量稀盐酸溶液;②加入足量(NH4)2C2O4溶液,用氨水调节pH为4~5,生成白色沉淀,过滤、洗涤;③将②洗涤后所得的固体溶于稀硫酸溶液中,用0.020 00 mol·L-1KMnO4 标准溶液滴定,消耗KMnO4标准溶液25.00 mL。(4)用KMnO4标准溶液滴定待测液的反应原理为___________________________________________________________________________________________________________(用离子方程式表示),判断滴定达到终点的现象为____________________________________________________________________________________________________________________________。(5)根据以上实验数据,测得产品中葡萄糖酸钙晶体的纯度为________(保留三位有效数字)。答案 (4)5H2C2O4+2MnO+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O 滴入最后半滴高锰酸钾标准溶液,溶液由无色变为浅紫色,且半分钟内不褪色(5)93.3%解析 5H2C2O4+2MnO+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O定量关系式:5Ca(C6H11O7)2·H2O~5CaC2O4~5H2C2O4~2MnO5 mol 2 moln 0.020 00 mol·L-1×25.00×10-3L则n=×0.020 00 mol·L-1×0.025 L=1.250×10-3mol,m[Ca(C6H11O7)2·H2O]=M[Ca(C6H11O7)2·H2O]·n,则葡萄糖酸钙晶体的纯度为×100%≈93.3%。3.(2021·浙江6月选考,27)将3.00 g某有机物(仅含C、H、O元素,相对分子质量为150)样品置于燃烧器中充分燃烧,依次通过吸水剂、CO2吸收剂,燃烧产物被完全吸收。实验数据如下表:吸水剂 CO2吸收剂实验前质量/g 20.00 26.48实验后质量/g 21.08 30.00请回答:(1)燃烧产物中水的物质的量为_________mol。(2)该有机物的分子式为____________________(写出计算过程)。答案 (1)0.06(2)由题意得n(H)=0.06 mol×2=0.12 mol,n(C)==0.08 mol,n(O)==0.12 mol,则最简式为C2H3O3,由相对分子质量为150,则可以得到该有机物的分子式为C4H6O6解析 (1)根据表格中的数据,吸水剂增加的质量全部为有机物完全燃烧生成水的质量,则生成水的物质的量n(H2O)===0.06 mol。4.[2020·山东5月等级模拟考,17(2)(3)](2)称取45.7 mg Zn3(PO4)2·4H2O进行热重分析,化合物质量随温度的变化关系如图所示,为获得Zn3(PO4)·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品,烘干时的温度范围为__________(填字母)。a.90~145 ℃ b.145~195 ℃c.195~273 ℃ d.>273 ℃(3)为测定产品中Zn3(PO4)2·4H2O的含量,进行如下实验,已知滴定过程中Zn2+与H2Y2-按1∶1反应。步骤Ⅰ:准确称取0.457 0 g 产品于烧杯中,加入适量盐酸使其溶解,将溶液转移至100 mL 容量瓶,定容。步骤Ⅱ:移取20.00 mL 上述溶液于锥形瓶中,加入指示剂,在pH=5~6的缓冲溶液中用 0.020 00 mol·L-1Na2H2Y标准溶液滴定至终点,测得Na2H2Y标准溶液的用量为27.60 mL。步骤Ⅱ中移取溶液时所使用的玻璃仪器为______;产品中Zn3(PO4)2·H2O的质量分数为______。下列操作中,导致产品中Zn3(PO4)2·H2O含量测定值偏低的是________(填字母)。a.步骤Ⅰ中定容时俯视刻度线b.步骤Ⅰ中转移溶液时未洗涤烧杯c.步骤Ⅱ中滴定管未用Na2H2Y标准溶液润洗d.步骤Ⅱ中滴定前滴定管内无气泡,滴定结束后有气泡答案 (2)b (3)移液管(或酸式滴定管) 92% bd解析 (2)由图可知当温度小于90 ℃时,产品为Zn3(PO4)2·4H2O,此时产品的物质的量为=1×10-4 mol,当温度为145 ℃时质量为42.1 mg,蒸发水分的物质的量为=2×10-4 mol,则产品为Zn3(PO4)2·2H2O,同理可得,当温度为195 ℃时产品为Zn3(PO4)2·H2O,当温度为273 ℃时产品为Zn3(PO4)2,为获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品,应控制温度范围为145~195 ℃。(3)滴定时有关系式:Zn3(PO4)2·4H2O~3Zn2+~3Na2H2Y,消耗Na2H2Y的物质的量为27.60×10-3 L×0.020 00 mol·L-1=5.52×10-4mol,则样品中Zn3(PO4)2·4H2O的物质的量为×=9.2×10-4mol,则产品中Zn3(PO4)2·4H2O的质量分数为×100%=92%。a项,步骤Ⅰ中定容时俯视刻度线,导致产品浓度偏高,测定值偏高;b项,步骤Ⅰ中转移溶液时未洗涤烧杯,导致产品浓度偏低,测定值偏低;c项,步骤 Ⅱ 中滴定管未用Na2H2Y标准溶液润洗,所需标准溶液体积偏大,测定值偏高;d项,步骤Ⅱ中滴定前滴定管内无气泡,滴定结束后有气泡,所需标准溶液体积偏小,测定值偏低。课时精练1.取3.38 g K2CO3和KHCO3的混合物溶于水配成25 mL溶液,往溶液中加入25 mL Ba(OH)2溶液恰好使生成白色沉淀的量最多,反应后溶液中c(OH-)=0.8 mol·L-1(忽略混合后溶液体积变化),则原混合物中K2CO3和KHCO3物质的量之比为( )A.1∶2 B.1∶1 C.2∶1 D.2∶3答案 A解析 设原混合物中n(K2CO3)=x mol,n(KHCO3)=y mol,根据总质量可得:138x+100y=3.38①,反应后剩余的氢氧根离子的物质的量n(OH-)=0.8 mol·L-1×0.05 L=0.04 mol。根据化学方程式:K2CO3+Ba(OH)2===BaCO3↓+2KOHx mol 2x molKHCO3+Ba(OH)2===BaCO3↓+KOH+H2Oy mol y mol可得2x+y=0.04②,联立①②解方程组得:所以原混合物中n(K2CO3)∶n(KHCO3)=0.01 mol∶0.02 mol=1∶2。2.28 g铁粉溶于稀盐酸中,然后加入足量的Na2O2固体,充分反应后过滤,将滤渣加强热,最终得到的固体质量为( )A.36 g B.40 g C.80 g D.160 g答案 B解析 铁粉溶于稀盐酸中生成氯化亚铁,然后加入足量的Na2O2固体,由于Na2O2固体溶于水后生成氢氧化钠和氧气,充分反应后生成氢氧化铁沉淀,过滤,将滤渣加强热,最终得到的固体为Fe2O3,根据铁原子守恒,n(Fe2O3)=n(Fe)=×=0.25 mol,所得Fe2O3固体的质量为0.25 mol×160 g·mol-1=40 g。3.一定条件下硝酸铵受热分解的产物为HNO3、N2和H2O,在反应中被还原与被氧化的氮原子数之比是( )A.5∶4 B.4∶5 C.3∶5 D.5∶3答案 C解析 反应中只有N元素的化合价发生变化,N元素由铵根离子中的-3价升高为氮气中的0价,被氧化;由硝酸根离子中的+5价降低为氮气中的0价,被还原,由得失电子守恒可知,反应中被还原与被氧化的氮原子数之比为3∶5。4.在一定条件下,RO和F2可发生如下反应:RO+F2+2OH-===RO+2F-+H2O,从而可知在RO中,元素R的化合价是( )A.+4 B.+5 C.+6 D.+7答案 B解析 方法1:根据电荷守恒有n+1×2=1+1×2,n=1。设元素R在RO中的化合价为x,则x-2×3=-1,x=+5。方法2:设元素R在RO中的化合价为x。根据氧化还原反应中,得失电子守恒有(7-x)×1=[0-(-1)]×2,x=+5。5.钾与另一碱金属的合金4.4 g与水完全反应时,放出的氢气在标准状况下为2.24 L,则合金中另一金属可能是( )A.锂 B.钠 C.钾 D.铯答案 A解析 氢气的物质的量为0.1 mol,由2M + 2H2O === 2MOH+H2↑2 10.2 mol 0.1 mol则金属的平均摩尔质量为=22 g·mol-1,钾的摩尔质量为39 g·mol-1,则另一种碱金属的摩尔质量一定小于22 g·mol-1,在所给金属中只有Li符合题意。6.过硼酸钠(NaBO3·4H2O,B为+3价)有类似过氧化氢的反应性能,受热分解,广泛应用在有机合成上,将一定量的硼砂、固体氢氧化钠、过氧化氢和水相混合,在冰水浴条件下制得。下列说法不正确的是( )A.过硼酸钠受热分解生成O2B.1 mol 过硼酸钠与足量Na2S溶液作用产生1 mol S沉淀C.生产过程中遇铁盐、铜盐等都可能导致产率下降D.用浓硫酸处理过硼酸钠时产生气体,该气体一定为O3答案 D解析 根据NaBO3·4H2O,B为+3价推测NaBO3的结构为,加热时过氧键断裂产生O2等,故A正确;NaBO3+Na2S+H2O===NaBO2+2NaOH+S↓,故B正确;铁盐、铜盐能与反应物NaOH反应,同时可以催化H2O2分解,所以生产过程中遇到铁盐、铜盐等都可能导致产率下降,故C正确;过硼酸钠具有还原性,用浓硫酸处理过硼酸钠时,产生的气体可能有O2,故D错误。7.(2022·山东模拟)将0.15 mol Cu和Cu2O混合固体投入至800 mL 2 mol·L-1的稀硝酸溶液中,充分反应后无固体剩余,反应过程中只生成NO气体,向反应后溶液中滴加5 mol·L-1 NaOH 溶液至金属离子恰好完全沉淀时,所加NaOH溶液的体积为( )A.260 mL B.280 mLC.300 mL D.400 mL答案 C解析 Cu和Cu2O与硝酸反应得到硝酸铜,向反应后的溶液中加入NaOH溶液,金属离子恰好沉淀完全,溶液中溶质为NaNO3,1 mol Cu失去2 mol电子、1 mol Cu2O失去2 mol 电子,而生成1 mol NO要转移3 mol电子,由电子守恒可知,3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O),则n(NO)=×0.15 mol=0.1 mol,由原子守恒可知:n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO),而n(NaOH)=n(NaNO3),所以n(NaOH)=n(NaNO3)=0.8 L×2 mol·L-1-0.1 mol=1.5 mol,氢氧化钠溶液的体积V==0.3 L=300 mL,故C正确。8.已知:将Cl2通入适量KOH溶液,产物中可能有KCl、KClO、KClO3,且的值与温度高低有关。当n(KOH)=a mol时,下列有关说法错误的是( )A.若某温度下,反应后=11,则溶液中=B.参加反应的氯气的物质的量等于a molC.改变温度,反应中转移电子的物质的量ne的范围:a mol≤ne≤a molD.改变温度,产物中KClO3的最大理论产量为a mol答案 D解析 设反应后溶液中n(ClO-)=n mol,则n(Cl-)=11n mol,根据氧化还原反应中得失电子守恒可知,生成11n mol Cl-得11n mol电子,生成n mol ClO-失去n mol电子,而生成1 mol ClO失去5 mol电子,因此反应生成的ClO应为2n mol,A正确;由于产物中可能有KCl、KClO、KClO3,根据原子守恒可知,Cl原子与K原子的量始终相等,故参加反应的Cl2的物质的量为KOH的,B正确;当只有KCl、KClO生成时,1 mol Cl2参加反应转移1 mol电子,故整个反应中转移电子的物质的量为a mol,当只有KCl、KClO3生成时,根据得失电子守恒可知,有的Cl2生成了KClO3,即有a mol KClO3生成,有的Cl2生成了KCl,故转移电子a mol,C正确、D错误。9.(2022·重庆模拟)碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]用作农药防治小麦黑穗病,实验室用加热法测定某农药中碱式碳酸铜的质量分数(假设杂质受热不参与反应)。充分加热100 g样品,得到固体84.5 g,已知反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑,Cu2(OH)2CO3的相对分子质量为222。试计算:(1)Cu2(OH)2CO3中铜元素与氧元素的质量之比:________(最简整数比)。(2)质量分数最大的元素是____________(填元素名称)。(3)样品中碱式碳酸铜的质量分数是__________(保留1位小数)。答案 (1)8∶5 (2)铜 (3)55.5%解析 (1)Cu2(OH)2CO3中m(Cu)∶m(O)=(2×64)∶(5×16)=8∶5。(3)样品充分加热分解后固体质量减轻Δm=100 g-84.5 g=15.5 g,即Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑ Δm222 160 62m 15.5 g则含有Cu2(OH)2CO3的质量m=×15.5 g=55.5 g,样品中碱式碳酸铜的质量分数是×100%=55.5%。10.将1.08 g FeO完全溶解在100 mL 1.00 mol·L-1硫酸中,然后加入25.00 mL K2Cr2O7溶液,恰好使Fe2+全部转化为Fe3+,且Cr2O中的铬全部转化为Cr3+。则K2Cr2O7的物质的量浓度是________。答案 0.100 mol·L-1解析 由电子守恒知,FeO中+2价铁所失电子的物质的量与Cr2O中+6价铬所得电子的物质的量相等,×(3-2)=0.025 00 L×c(Cr2O)×(6-3)×2,得c(Cr2O)=0.100 mol·L-1。11.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(M=63.5 g·mol-1)的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为________________________mol CuAlO2,至少需要1.0 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液________L。答案 50 25.0解析 5.0 kg银铜合金中铜的物质的量为n(Cu)==50 mol,由Cu、Al两种元素守恒得如下关系式:Cu ~ CuAlO2 ~ Al2(SO4)31 1 50 mol 50 mol 25 mol至少需要Al2(SO4)3溶液的体积为=25.0 L。 展开更多...... 收起↑ 资源预览