化学中的计算思维

一轮复习·化学（上册）一轮复习·化学（上册）化学计算中的数学思维一般来说，高考考查化学计算的试题主要分成两类：第一类是以选择题形式出现的小计算题，主要考查考生对大纲要求的基本概念的理解水平；第二类是以填空题出现的小综合计算题，或要求写简单推导过程的基本运算，一般旨在考查元素化合物、化学实验、有机化合物基础知识相联系的综合问题。预计在今后高考中，高考试题将以化工生产、科学实验为背景，突出思维能力的考查和数学工具的应用。强调计算与化学基本理论、化学变化过程、工业流程、化学实验等结合，体现计算为化学应用服务，强化对化学方程式的量化理解。一轮复习·化学（上册）高考化学计算试题虽然形式多种多样，但归结起来就是那么几种基本的类型和方法技巧，只要在平时的复习中注重方法指导，相信计算不会成为高考中的关键障碍。一轮复习·化学（上册）思维1：化学方程式计算[调研一]一般比例法化学方程式计算中的应用■教师用书独具———————————————(2013·安徽理综节选)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：一轮复习·化学（上册）一轮复习·化学（上册）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536g，加硫酸溶解后，用0.1000mol·L－1FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3＋)，消耗25.00mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为________。一轮复习·化学（上册）答案：97.0%解析：Ce(OH)4中加入H2SO4后，再加入FeSO4溶液发生反应的离子方程式为Ce4＋＋Fe2＋===Ce3＋＋Fe3＋，建立对应关系式为：Ce(OH)4～FeSO4208g1molm0.1×25.00×10－3molm＝0.52g则w[Ce(OH)4]＝0.52g0.536g×100%＝97.0%。一轮复习·化学（上册）1．(2012·江苏化学)硫酸钠­过氧化氢加合物(xNa2SO4·yH2O2·zH2O)的组成可通过下列实验测定：①准确称取1.7700g样品，配制成100.00mL溶液A。②准确量取25.00mL溶液A，加入盐酸酸化的BaCl2溶液至沉淀完全，过滤、洗涤、干燥至恒重，得到白色固体0.5825g。③准确量取25.00mL溶液A，加适量稀硫酸酸化后，用0.02000mol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液25.00mL。H2O2与KMnO4反应的离子方程式如下：2MnO－4＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑一轮复习·化学（上册）(1)已知室温下BaSO4的Ksp＝1.1×10－10，欲使溶液中c(SO2－4)≤1.0×10－6mol·L－1，应保持溶液中c(Ba2＋)≥________mol·L－1。(2)上述滴定若不加稀硫酸酸化，MnO－4被还原为MnO2，其离子方程式为______________________________。(3)通过计算确定样品的组成(写出计算过程)。一轮复习·化学（上册）答案：(1)1.1×10－4(2)2MnO－4＋3H2O2===2MnO2↓＋3O2↑＋2OH－＋2H2O(3)n(Na2SO4)＝n(BaSO4)＝0.5825g233g·mol－1＝2.50×10－3mol2MnO－4＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑n(H2O2)＝52×0.02000mol·L－1×25.00mL1000mL·L－1＝1.25×10－3molm(Na2SO4)＝142g·mol－1×2.50×10－3mol＝0.355g一轮复习·化学（上册）m(H2O2)＝34g·mol－1×1.25×10－3mol＝0.0425gn(H2O)＝1.7700g×25.00mL100.00mL－0.355g－0.0425g18g·mol－1＝2.50×10－3molx∶y∶z＝n(Na2SO4)∶n(H2O2)∶n(H2O)＝2∶1∶2硫酸钠­过氧化氢加合物的化学式为2Na2SO4·H2O2·2H2O一轮复习·化学（上册）解析：(1)Ksp(BaSO4)＝c(Ba2＋)·c(SO2－4)＝1.1×10－10若c(SO2－4)≤1.0×10－6mol·L－1，则c(Ba2＋)＝KspBaSO4cSO2－4≥1.1×10－101.0×10－6＝1.1×10－4mol·L－1。(2)首先根据氧化还原反应的原理判断并配平氧化剂(MnO－4)、还原剂(H2O2)、氧化产物(O2)及还原产物(MnO2)；然后根据电荷守恒可知，产物中应有带负电荷的微粒即OH－；再根据原子守恒确定有H2O生成。一轮复习·化学（上册）名师指导：(1)化学方程式在量方面的含义aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)质量比aMA∶bMB∶cMC∶dMD物质的量比a∶b∶c∶d体积比a∶b∶c∶d一轮复习·化学（上册）(2)一般步骤①根据题意写出并配平化学方程式。②依据题中所给信息及化学方程式判断过量，用完全反应的量进行求解。③选择适当的量(如物质的量、气体体积、质量等)的关系作为计算依据，把已知的和需要求解的量[用n(B)、V(B)、m(B)或设未知数为x表示]分别写在化学方程式有关化学式的下面，两个量及单位“上下一致”。④列比例式，求未知量。一轮复习·化学（上册）[调研二]差量法在化学方程式计算中的应用■教师用书独具———————————————(体积差量)一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是()A．16.7%B．20.0%C．80.0%D．83.3%一轮复习·化学（上册）答案：A解析：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3ΔV1L3L2L2L由以上关系式可知反应前后体积的减少与生成的NH3体积相等。设平衡时混合气体的体积为100L，其中含20LNH3。则原气体总体积减少20L。所以，起始氮气和氢气总体积为120L，反应后体积缩小的百分率为20L120L×100%＝16.7%。一轮复习·化学（上册）2．(2014·湖北八校联考一)(质量差量)将1.000gFeC2O4·2H2O固体样品放在热重分析仪中进行热重分析，测得其热重分析曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示：一轮复习·化学（上册）已知：①草酸盐受热分解易放出碳的氧化物。②500℃之前，该热重分析仪的样品池处于Ar气气氛中，500℃时起，样品池与大气相通。完成下列填空：(1)300℃时是样品脱水的过程，试确定350℃时样品是否脱水完全_____(填“是”或“否”)，判断的理由是________(要求写出推算过程)。(2)400℃时发生变化的化学方程式是________________。一轮复习·化学（上册）(3)将600℃时样品池中残留的固体隔绝空气冷却至室温，再向该固体中加入一定量的稀盐酸刚好完全溶解，用pH试纸测得所得溶液的pH＝3。其原因是_____________________(用离子方程式回答)。向该溶液中滴加适量NaOH溶液，生成红褐色沉淀，测得此时溶液中铁元素的离子浓度为4.0×10－11mol/L，则此时溶液的pH＝________，已知：{Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38}。一轮复习·化学（上册）答案：(1)是推导过程：FeC2O4·2H2O=====△FeC2O4·(2－n)H2O＋nH2O18018n1．000g(1.000－0.800)gn＝2(2)FeC2O4=====400℃FeO＋CO↑＋CO2↑(3)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋5一轮复习·化学（上册）解析：(2)在400℃时固体质量为0.400g，固体由300℃至400℃时固体减少的质量为0．800g－0.400g＝0.400gFeC2O4=====400℃FeO＋CO↑＋CO2↑Δm144720．800g0.400g0．800gFeC2O4完全分解生成FeO、CO、CO2，固体质量恰好减少0.400g。一轮复习·化学（上册）名师指导：(1)差量法的应用原理差量法是指根据化学反应前后物质的量发生的变化，找出“理论差量”。这种差量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题是先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟差量(实际差量)列成比例，然后求解。如：一轮复习·化学（上册）2C(s)＋O2(g)===2CO(g)固体差量24gΔm＝24g物质的量差量2mol1mol2molΔn＝1mol体积差量121或22.4L或44.8L或22.4L(标准状况)(标准状况)(标准状况)一轮复习·化学（上册）(2)使用差量法的注意事项①所选用差值要与有关物质的数值成正比例或反比例关系。②有关物质的物理量及其单位都要正确地使用，即“上下一致，左右相当”。一轮复习·化学（上册）[调研三]关系法■教师用书独具———————————————用含FeS280%的硫铁矿生产硫酸，已知该矿石的燃烧率为95%，SO2的转化率为90%，SO3的吸收率为98%，若生产500t98%的硫酸，需多少吨原料矿石？答案：447.5t解析：此题涉及多步连续反应的计算，若采用相当量关系的方法，则把各步反应的转化率当成原料的有效成分含量，依据原子守恒关系式，设需要矿石的质量为x，由化学方程式可得：一轮复习·化学（上册）FeS2～2H2SO41202×9880%×95%×90%×98%×x500t×98%12080%×95%×90%×98%×x＝2×98500t×98%解得：x＝447.5t一轮复习·化学（上册）3．(2013·四川理综)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1120mL(标准状况)，向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54g沉淀。下列说法不正确的是()A．该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0mol/LC．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%D．得到2.54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL一轮复习·化学（上册）答案：D解析：设铜镁合金中铜的物质的量为xmol，镁的物质的量为ymol，则有64g·mol－1xmol＋24g·mol－1ymol＝1.52g98g·mol－1xmol＋58g·mol－1ymol＝2.54g解得x＝0.02，y＝0.01，x∶y＝2∶1，A项正确；浓硝酸中HNO3的物质的量浓度c＝1000ρ·ωM＝1000×1.40×63%63mol/L＝14.0mol/L，B项正确；由关系式Cu～4HNO3～2NO2、Mg～4HNO3～2NO2得n(NO2)＝2n(Cu)＋2n(Mg)＝0.06mol，若设混合气体中NO2物质的量为z，则一轮复习·化学（上册）2NO2N2O4始0.06mol0变0.06mol－z0.06mol－z2平z0.06mol－z2z＋0.06mol－z2＝1120mL×10－3L/mL22.4L/mol＝0.05mol，得z＝0.04mol，一轮复习·化学（上册）NO2的体积分数为0.04mol0.05mol×100%＝80%，C项正确；金属离子完全沉淀后，溶液中溶质为NaNO3，根据氮原子守恒可得n(NaNO3)＝n(HNO3)－n(NO2)＝14.0mol/L×0.05L－0.06mol＝0.64mol，则n(NaOH)＝n(NaNO3)＝0.64mol，加入NaOH溶液的体积V＝0.64mol1.0mol/L＝0.64L＝640mL，D项错误。一轮复习·化学（上册）名师指导：对于多步进行的连续反应，可根据中间产物的传递关系、电子守恒关系或元素守恒关系，找出原料和最