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高考化学突破七大题
六、突破化学计算
1. 某固体混合物可能由Al 、（NH4）2SO4、MgCl2 、FeCl2 、AlCl3 中的一种或几种组成，现对该混合物作如下实验，所得现象和有关数据如图所示(气体体积数据已换算成标准状况下的体积)：
回答下列问题：
（1）写出反应④的离子方程式___________________________________________.
(2)填写下表中的空白。（注：若混合物中不存在该成分，则“质量”栏中填“0”；
画斜线的表格不需填写）
成分 质量 判断依据或计算推理过程
Al
（NH4）2SO4
MgCl2
FeCl2
AlCl3
1. （1）[Al(OH)4]-+H＋ =Al(OH)3 ↓+H2O [或AlO2― +H＋ =Al(OH)3 ↓](2分)
（2）
成分 质量 判断依据或计算推理过程
Al 2.7g(1分) 2Al +2NaOH +6H2O =Na[Al(OH)4]+3H2↑54g 67.2Lm(Al) 3.36Lm(Al)=54g×3.36L/67.2L=2.7g…(2分)
(NH4)2SO4 6.6g(1分)
MgCl2 4.75g(1分)
FeCl2 0（1分） Fe(OH)2 在空气中会转化为红褐色Fe(OH)3,但步骤③中白色沉淀久置无明显变化（1分）
AlCl3 0（1分） 原固体中只含有Al 、（NH4）2SO4和MgCl2 ,三种物质的质量之和刚好等于14.05g，所以一定没有AlCl3 (2分，加着重号的为要点，每个要点1分)
2. 某工厂的生产废水中含糖类［以(CH2O)n表示］，该厂用化学和生物方法处理废水，若废水中的糖类有45%被完全氧化，即发生反应 (CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O；另有10% 经过发酵过程进行无氧分解，即 2(CH2O)n → nCO2 + nCH4 。其余部分糖类仍然留在沉积物中。该厂每天处理废水得到的CO2和CH4共16.0m3（标准状况）。
（1）每天被氧化和被发酵的糖类共 千克。（2）每天有 千克糖类留在沉积物中。
（3）COD（化学耗氧量）是指1L水样中还原性物质完全被氧化所需要的氧气的毫克数。若该工厂的生产废水中糖类的质量分数为百万分之五十（设废水的密度为1g/cm3;无其它还原性物质），则其COD为 mg/L.
2. (1) 21.43 (2)17.53 （3）53．33
3. 甲醚（CH3OCH3）是一种新型的合成“柴油”，它可由天然气（体积分数：CO2为5%，CH4为95%）合成。合成甲醚主要步骤为造气和合成。过程如下（气体体积均在同温同压下测定；氧气由空气提供，其中N2和O2的体积比为4:1；不考虑CO与水的反应;各步反应转化率均为100%）：
（1）若造气得到的气体只含CO和H2，该混合气体中，碳元素的质量分数为a%,则氢元素的质量分数为 %（用含a的式子表示）。
（2）造气时每使用100m3天然气，应同时通入水蒸气________m3、空气_________m3，才能保证合成时CO与H2的体积比为1：2；合成甲醚后，有________m3的水蒸气可参加循环生产。
（3）若只用天然气和空气造气，合成后得到的蒸气成分如下表：
气体 CH3OCH3 H2O N2 A
体积（m3） 95 95 x y
则A气体的分子式为 ； x = 。
3.（1）1-2.33a%（2分）
（2）10; 200； 50(元素守恒) （各2分）
(提示:设通入的水蒸气为Xm3，则有
CH4+CO2→2H2+2CO CH4+H2O→3H2+CO
5 5 10 10 X X 3X X
2CH4 + O2→ 4H2 + 2CO
95－5－X 2(95－5－X) 95－5－X
所以有，可以得出X=10m3，
通入的空气的体积为：5×=200 m3 ).
(3)CO（1分）；360（1分）。
4. 二甲醚（CH3OCH3）简称CME，是一种理想的煤基清洁燃料，可由生物甲烷或天然气合成。合成二甲醚主要步骤为造气和合成。过程如下：
(1)生物甲烷是由植物在一定条件下发酵(代谢产物为相等物质的量的CH4和CO2 )而制得，植物纤维素发酵制得甲烷的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)若162 kg纤维素含量为10%的农作物桔杆，在微生物作用下完全转化为CH4和CO2，通入适量的水蒸气合成二甲醚，理论上最多可得到 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 kg的二甲醚。
(3)若天然气中只含CH4，空气中只含N2和O2，且体积比为4∶1。某企业用标准状况下22.4 m3天然气及水蒸气、空气为原料生产二甲醚，同时利用N2与H2合成氨。在合成二甲醚的同时，理论上还可得到多少千克的NH3？（假设天然气完全反应后的N2全部转化为NH3，且生产过程中转化率均为100%；合成塔中水与CO不反应）
4. (1) (C6H10O5)n+nH2O→3nCH4↑+3nCO2↑ (2分)
(2)9.20 (162 kg纤维素→ 300 mol CH4 300 mol CO2 → 400 mol CH3OH → 200 mol CH3OCH3) (2分)
(3) 设反应③中消耗O2的物质的量为x，则N2的物质的量为4x
2CH4+O2→4H2+2CO CH4 + H2O →　　　3H2 + CO
2x x 4x 2x 1×103－2x (1×103－2x)×3 (1×103－2x)
合成二甲醚反应中CO和H2为1∶2，合成氨反应中，N2与H2体积比为1∶3，则
4x＋(1×103－2x)×3－[2x＋(1×103－2x)]×2=4x×3 (关系式2分)
x=1000/14 mol
NH3 ：4x×2×17=9.71 kg (结果2分)
5. 已知：Pb的化合价只有+2、+4，且+4价的Pb具有强氧化性，能氧化浓盐酸生成C12；
（1）写出Pb3O4与浓盐酸反应的化学方程式 。
（2）PbO2不稳定，随温度升高按下列顺序逐步分解：PbO2→Pb2O3→Pb3O4→PbO。若加热分解后所得到的固体全部为Pb3O4，现将a mol PbO2加热分解，则加热过程中放出O2_______L（标准状况下）；
（3）现将1 mol PbO2加热分解，收集产生的O2，加热分解后所得固体中，pb2＋占Pb元素的物质的量分数为x；再向加热所得固体中加入足量的浓盐酸，收集产生的C12，收集到O2和C12的物质的量之和为y mol。
试回答下列问题：
①通过计算确定y与x的函数关系式。
②若两步反应中O2和Cl2的物质的量之比为3:5，则剩余固体中含有的物质为 ，其物质的量之比为 。
5. （1）Pb3O4＋8HCl(浓)→3PbCl2＋Cl2↑＋4H2O（1分） （2）L（2分）
（3）①根据题意：分解所得混合物中n(Pb2＋)= x mol、n(Pb4＋)= (1－x) mol（各1分）
根据得失电子守恒：n(O2)= x/2 mol、n(Cl2)＝(1－x) mol （各1分，共2分）
y＝n(O2)＋n(Cl2)＝x/2 mol＋ (1－x) mol＝ (1－x/2) mol（1分）
②Pb2O3、Pb3O4 （2分） 4: 1（1分）（过程合理，答案正确即给分）。
6. 铜是人类最早知道的金属之一，实验室可用C、H2还原CuO制取少量的Cu，工业上主要用火法从黄铜矿中提炼Cu。
Ⅰ（6分）实验证明，C还原CuO时既可能生成Cu，也可能生成Cu2O，即使在C过量时，实验中CuO也可能部分未被还原。为了测定某次实验产物的组成，取1.2 g C跟8.0 g CuO混合加热，将反应生成的气体通过足量的澄清石灰水并集气。一段时间后停止加热，共收集到560 mL气体（已经折算成标准状况），测得沉淀的质量为2.5 g。则：
⑴ 上述实验中C （填“完全”或“不完全”）参加反应，实验中收集到的气
体是 （填写化学式），产生这种气体的化学方程式为：
。
⑵ 反应后得到的固体混合物总质量为 ，其中含氧化合物的物质的
量为 mol。
Ⅱ. 黄铜矿的主要成分X是由Cu、Fe、S三种元素组成的复盐，其中Cu、Fe两种元素的质量比为8∶7；将m g X粉末全部溶于200 mL的浓HNO3，反应后的溶液加水稀释至 2．12 L时测得其pH为0；将稀释后的溶液分为两等份，向其中一份溶液中滴加6．05mol/L的NaOH溶液，向另一份溶液中滴加0．600mol/L Ba(NO3)2溶液，两溶液中均生成沉淀，且沉淀的质量随所加溶液的体积变化如下图所示：
⑴ 请通过计算确定m的值；
w.w.w.k.s.5.u. c.o.m
⑵ X的摩尔质量为368 g/mol，请确定X的化学式。
6.Ⅰ⑴不完全，(1分)；CO，(1分)；CO2+C高温2CO 或 CuO+C高温Cu+CO↑ (1分)；
⑵ 7.4g，(1分)； 0.025 mol(1分)
Ⅱ、⑴ 解：依题意，m g X中：n(Cu)∶n(Fe)＝1∶1
2n(Cu2＋) ＋3n(Fe3＋) ＝6．05mol·L－1×0．2L×2－1 mol·L－1×2．12L
故：n (Cu) ＝ n (Fe) ＝ 0．06mol
又，n (S) ＝ 0．6mol·L－1×0．1L×2 ＝ 0．12mol
因此，m g ＝ m(Cu) ＋ m(Fe) ＋ m(S)
＝ 0．06mol×64g·mol－1＋0．06mol×56g·mol－1＋0．12mol×32g·mol－1＝ 11．04g
即m 的值为11．04 （3分）
⑵ 解：设X的化学式为(CuFeS2)n，则
(64＋56＋32×2)×n ＝ 368 n ＝ 2故X的化学式为Cu2Fe2S4 （3分）
7. 丁烷在一定条件下可以按两种方式裂解：C4H10→C2H6+C2H4；C4H10→CH4+C3H6，
某石油公司实验室对丁烷进行裂解后的裂解气进行研究。
【探究一】裂解气的系列问题
(1) 若将1mol丁烷进行完全裂解，则最终所得混合气的物质的量为 mol。
(2) 若丁烷部分裂解，则反应后混合气体平均相对分子质量可能是 (填编号)
①28.5 ②42 ③51 ④60
(3) 将1molCH4和适量的氧气在密闭容器中点燃，充分反应后，甲烷和氧气均无剩余，
且产物均为气体（101kPa，120℃），其总质量为72g,
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．若将产物通过碱石灰，则可全被吸收，若通过浓硫酸，则不能被完全吸收
B．产物的平均摩尔质量为24g/mol
C．若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至（101kPa，120℃），则压强变为吸收前的1/3
D．反应中消耗的氧气为56g
【探究二】测量裂解气与H2加成反应后气体总体积与氢气的体积分数关系
(4)另取丁烷完全裂解后的气体与H2的混合气体10L，已知其中H2的体积分数为x，在一定条件下使其充分反应，反应后气体的体积为V L。请列出V与x的函数关系式。
(无需解答过程)
7. 【探究一】(1) 2 (2分) (2)②③ (2分) (3)A (2分)
【探究二】当08. 以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多特点，其过程大体如图，某工厂以标准状况下的含CH489.6%的天然气100m3为原料经过上述过程，生产尿素和硝酸铵。
（1）合成氨生产过程中氨的产率为60%，假设其他各步反应均完全且不考虑副反应，求100m3的天然气可生产尿素的质量。
（2）为使硝酸生产过程中不再补充空气，假设各步反应均完全且氨中氮元素全部转化为HNO3，空气中氧气体积分数设为20%，求由氨气和空气组成的原料气中（不包含被硝酸吸收的氨气）氨气与空气的体积比。
（3）实际生产中，若氨的产率为60%，硝酸的产率为80%，求100m3的天然气最多可生产硝酸铵的质量。
8. （1）192kg（2）1∶10　（3）227.6kg
9. 工业上利用焦炭在石灰窑中燃烧放热，使石灰石分解生产CO2：
C＋O2 CO2·····················①
CaCO3 CO2↑＋CaO·············②
（1）含碳酸钙95%的石灰石2.0 t按②完全分解（设杂质不分解），可得标准状况下CO2的体积为 ▲ m3。
（2）纯净的CaCO3和焦炭混合物2.4 t按①、②完全反应。若焦炭的质量分数为x，在石灰窑中充分反应生成标准状况下的CO2气体共y m3。写出y关于x的函数关系式 ▲ ，并在右图中绘出示意图（注明起始等重要点的坐标）。
（3）某次窑气体积分数如下：O2 0.2%、CO 0.2%、CO2 41.6%，其余为N2。则此次窑内配比率＝ ▲ （保留1位小数，设空气只含N2与O2，且体积比为4∶1）。
9. （1）425.6····························（1分）
（2）y＝（176x＋24）×22.4 m3·········（2分）
图像如右图：·····················（1分）
（3）解一：设窑气为100 mol，则n(N2)＝100－41.6－0.2－0.2＝58 mol，总共有n(O2)＝58/4＝14.5 mol；故参加反应的n(O2)＝14.5 mol－0.2 mol＝14.3 mol；
2C + O2 ＝ 2CO C + O2 ＝ CO2 CaCO3＝CO2↑+CaO
2 1 2 1 1 1 1 1
0.2 0.1 0.2 14.2 14.2 14.2 27.4 27.4
n(CaCO3)＝27.4 mol；n(C)＝14.4 mol；
∴＝1.90················································（4分）
解二：由电子守恒法计算，略。
10. 钢铁制品经常进行烤蓝处理，即在铁制品的表面生成一层致密的Fe3O4。某学习小组为了研究烤蓝铁片，分别进行了以下实验操作：
⑴把一定量烤蓝铁片加工成均匀粉末。
⑵取m g该粉末，放人28.00 mL 1 mol／L。的盐酸中，恰好完全反应，生成标准状况下的气体134.4 mL，向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象。则：反应后溶液中的溶质是 (写化学式)，m＝ 。
⑶再取三份不同质量的粉末，分加加到相同体积(V)、物质的量浓度均为l0.00 mol／L的三份硝酸溶液中，充分反应后，固体全部溶解，有关的实验数据如下表所示(假设NO是硝酸的唯一还原产物)：
实验序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
加入粉末质量/g 13.68 27.36 34.20
生成气体的体积（标准状况）/L 2.912 5.824 6.720
①试计算每份硝酸溶液的体积(V)是多少
②若向实验Ⅱ所得溶液中继续加入铜粉，要使溶液中Cu2十、Fe2+、Fe3+同时存在，则加入铜粉的物质的量范围是 。
10. ⑵FeCl2 0.912 g
⑶①0.180 L（或180 mL）
②0.105mol＜n(Cu)＜0.315mol
11. 醋酸乙烯酯是合成维尼纶的重要单体，某化工厂利用下列反应原理生产醋酸乙烯酯：
2CH2＝CH2＋O22CH3CHO ……………………①
2CH3CHO＋O22CH3COOH ……………………②
2CH2＝CH2＋O2＋2CH3COOH2CH3COOCH＝CH2 ……………③
由于副反应的发生，反应①中乙烯的利用率为75%，反应②中乙醛的利用率为80%，反应③中乙酸与乙烯的利用率均为75%。
⑴ 为使醋酸乙烯酯获得最大产量，乙烯先后两次的投料比为 ；
⑵ 以2.8×106kg乙烯为原料，最多可制得醋酸乙烯酯 kg；
⑶ 若各步副反应中反应物物质的量之比均与主反应相同，以乙烯和空气为原料，生产醋酸乙烯酯。计算：通入的空气（O2的体积分数为1/5）与乙烯的体积比的最小值。
11. 解：⑴ 设反应①中乙烯的投料为x，则得到乙酸为x×75%×80%
设反应②中乙烯的投料为y，则有
x×75%×80%×75%∶y×75%＝2∶2
x∶y＝5∶3 （3分）
⑵ 2.8×106kg××75%×＝2.42×106kg （3分）
⑶ 设反应①中投入乙烯为5a，则反应中投入乙烯为3a
反应①中最少消耗氧气2.5a，生成乙醛0.75×5a＝3.75a
反应②中最少消耗氧气×3.75a＝1.875a
反应③中最少消耗氧气1.5a
即最少共消耗氧气：5.875a，相当于5.875a×5＝29.375a
通入的空气与乙烯的体积比的最小值为29.375a∶8a＝3.68 （4分）
12. 目前人们正在研究开发一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两
极，以Na+导电的β—Al2O3陶瓷作固体电解质，反应式为：2Na+xS Na2Sx
（1）电池放电时正负极的电极反应式：
正极反应式：___________________；负极反应式：____________________。
（2）用该电池作电源进行电解含有0.2mol CuSO4和0.2molNaCl的混合溶液500ml时：若 此电池工作一段时间后消耗23g Na 。则阳极产生气体体积为：________L（标准状况下）；电解后溶液加水稀释至2 L ，溶液的pH为：________。
12. （1）电池总反应为 2Na+xS Na2Sx
正极反应式：xS＋2e－=Sx2－
负极反应式：2Na－2e－=2Na+
（2）电解混合溶液时，
阳极先后发生下列反应：
2Cl－－2e－=Cl2↑；4OH－－4e－=2H2O＋O2↑
阴极先后发生下列反应：
Cu2+＋2e－=Cu；2H+＋2e－=H2↑
由于消耗23gNa，电路中有1mol电子转移，即阳极，阴极均消耗1mol电子。
对于阳极：使Cl－全部放电产生0.1mol Cl2耗0.2mol e－，另有0.8mol e－使OH－放电产生O2 0.2mol。
共产生气体=0.3mol×22.4L·mol－1=6.72L
对于阴极：使Cu2+全部放电需耗0.4mol e－，另有0.6mol e－使0.6mol H+放电。
比较阴极、阳极，有0.6mol H+、0.8mol OH－分别放电，故溶液中产生0.2mol H+
13. 实验证明，C还原CuO时既可能生成Cu，也可能生成Cu2O，即使在C过量时，实验中CuO也可能部分未被还原。为了测定某次实验产物的组成，取1.2 g C跟8.0 g CuO混合，加热后将反应生成的气体通过足量的澄清石灰水。一段时间后停止加热，共收集到560 mL气体（已经折算成标准状况），测得沉淀的质量为2.5 g。则：
⑴ 上述实验中C （填“完全”或“不完全”）参加反应，实验中收集到的气体是 （填写化学式），产生这种气体的化学方程式为 。
⑵ 反应后得到的固体混合物总质量为 ，其中含氧化合物的物质的量为 。
⑶被还原生成Cu2O的CuO占总CuO的物质的量分数为x，试通过计算求出反应中生成Cu的质量[m(Cu)]与x的关系。
⑷ 请在右图中画出m随x变化的图像。
13. [命题意图]
以C与CuO在高温下的反应为载体，结合有效碰撞碰理论，指引学生了解固相物质与固相物质之间在一定条件下发生的反应的不完全性，打破学生的思维定势，树立正确的认识。同时多方面考查守恒思想在化学计算中的合理应用，锻炼学生思维的敏锐性。
[参考答案]
⑴不完全，CO，CO2+C高温2CO 或 CuO+C高温Cu+CO↑
⑵7.4g， 0.025 mol
⑶m(Cu)＝4.8-3.2x g (0≤x≤0.5)
⑷如右图
[解析]⑴n(C)＝ ＝0.1mol
n(CuO) = ＝0.1 mol
由题意，反应中生成的CO和CO2的物质的量分别为：
n(CO) = = 0.025 mol n(CO2)= = 0.025 mol
由C原子守恒，知没有参加反应的C的物质的量为：
n(C)=0.1moL-0.025mol-0.025mol=0.05mol
显然，上述实验中C不完全参加反应，实验中收集到的气体是CO，产生这种气体的化学方程式为CO2+C高温2CO或CuO+C高温Cu+CO↑
⑵由质量守恒，反应后得到的固体混合物总质量为：
n(混合物)=1.2g+8.0g－0.025mol×28g·mol―1－0.025mol×44g·mol―1=7.4g
根据题意，反应后得到的固体混合物中的含氧化合物可能是CuO，也可能是Cu2O，也可能是CuO和Cu2O的混合物，由O原子守恒，反应后得到的固体混合物中的含氧化合物的物质的量为：
n(氧化物)= 0.1moL-0.025mol×1-0.025mol×2=0.025mol
⑶由Cu原子守恒，反应生成Cu的质量为：
m(Cu)=[0.1moL-0.1x mol××2-(0.025mol-0.1x mol×)]×64g·mol —1= 4.8-3.2x g (0≤x≤0.5)
⑷根据关系式，画出m随x变化的图像。图详见答案。
[使用与讲评建议]
本题可以作为化学计算专题复习时的例题或习题。讲评时注意：⑴介绍理论产量与实际产量之间产生差异的原因的多样性，如不能完全反应、副反应的发生等，思考改进的措施；⑵归纳守恒思想在化学计算的应用：质量守恒、物料守恒、电荷守恒、得失电子守恒等，指导学生用氧化还原反应中的得失电子守恒的思想解第⑶小题。⑶从极端分析的角度，指导学
生关注取值范围，避免出现功亏一篑的遗憾。
14. 粉煤灰是燃煤电厂的工业废渣，其中含莫来石（Al6Si2O13）的质量分数为38%，还有含量较多的SiO2（其他成分不含Al和Si）。用粉煤灰和纯碱在高温下烧结，可制取NaAlSiO4（霞石）、Na2SiO3和NaAlO2 ，有关化学方程式为：
Al6Si2O13 + 3Na2CO3 → 2NaAlSiO4 + 4NaAlO2 +3CO2↑
Al6Si2O13 + 5Na2CO3 → 2Na2SiO3 +6NaAlO2 +5CO2↑
SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 +CO2↑
(1)粉煤灰中铝元素的质量分数为　　　　　　　%。
(2)用1mol Al6Si2O13和4mol SiO2 制得5mol NaAlO2、1mol NaAlSiO4，还应制得Na2SiO3
　　　　mol，共消耗Na2CO3　　　　　mol（得到的固体中无SiO2）。
(3) 1mol Al6Si2O13、4mol SiO2和8 mol Na2CO3反应（反应物全部都参与反应），可制得
NaAlO2　　　　mol。
(4)若用100 mol Al6Si2O13同时生产NaAlSiO4和NaAlO2，且n(NaAlSiO4)∶n(NaAlO2)=x，消耗Na2CO3 y mol，试确定x与y的关系式。
14. （1）14.5% （2分） （2）5，8 （各2分，共4分）
（3） 5 （2分）
(4) （2分）
www.
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
白色沉淀2.90g
14.5g固体
5.60L气体
无色溶液
△ ①
过量浓NaOH溶液
碱石灰
体积不变
浓硫酸
②
3.36L气体
久置
③
无明显变化
稀盐酸
④
白色沉淀
过量稀盐酸
⑤
无色溶液
合成
CO+2H2→CH3OH （4）
2CH3OH→CH3OCH3+H2O （5）
造气
CH4+H2O→3H2+CO （1）
CH4+CO2→2H2+2CO （2）
2CH4+O2→4H2+2CO （3）
造气：
CH4+H2O→3H2+CO ①
CH4+CO2→2H2+2CO ②
合成：
CO+2H2→CH3OH ③
2CH3OH→CH3OCH3+H2O ④
高温
y/m3
x
O
1
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