化学计算的常用方法

化学计算的常用方法

方法一守恒法

1．应用原理

所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中的各种各样的守恒，如质量守恒、元素守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒、能量守恒等。

2．解题步骤

题组一原子守恒

1.密胺是重要的工业原料，结构简式如图所示。工业上以液氨和二氧化碳为原料，以硅胶为催化剂，在一定条件下通过系列反应生成密胺。若原料完全反应生成密胺，则NH3和CO2的质量之比应为()

A．17∶44 B．22∶17

C．17∶22 D．2∶1

答案 C

解析根据密胺的结构简式和元素守恒可知，一个密胺分子中有三个碳原子和六个氮原子，所以合成 1 mol 密胺需要 3 mol CO2和 6 mol NH3，NH3和CO2的质量之比应为(6×17)∶(3×44)＝17∶22。

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28 g铁粉溶于稀盐酸中生成氯化亚铁溶液，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，本身也具有强氧化性，所以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Fe 2O 3，根据铁原子守恒， n (Fe 2O 3)＝12n (Fe)＝12×28 g

56 g·mol －1

＝0.25 mol 所得Fe 2O 3固体的质量为：0.25 mol ×160 g·mol －

1＝40 g 。 题组二 电荷守恒

3．将a g Fe 2O 3、Al 2O 3样品溶解在过量的200 mL pH ＝1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH 溶液，使Fe 3＋

、Al 3＋

刚好沉淀完全，用去NaOH 溶液100 mL ，则NaOH 溶液的浓度为________________。 答案 0.2 mol·L －1

解析 当Fe 3＋

、Al 3＋

刚好沉淀完全时，溶液中溶质只有硫酸钠，而Na ＋

全部来源于NaOH ，且变化过程中Na ＋

的量不变。根据电荷守恒可知：n (Na ＋

)n (SO 2

－4)＝21

，所以，n (NaOH)＝n (Na ＋)＝2n (SO 2－4)＝n (H ＋)＝0.1 mol·L －1×0.2 L ＝0.02 mol ，c (NaOH)＝0.02 mol 0.1 L ＝0.2 mol·L －

1。 4．若测得雨水所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

根据表中数据判断试样的pH ＝________。 答案 4

解析 根据表格提供的离子可知，NH ＋

4水解导致试样溶液呈酸性，再根据电荷守恒可知，c (K ＋

)＋c (NH ＋

4 )＋c (Na ＋

)＋c (H ＋

)＝2c (SO 2－

4)＋c (Cl －

)＋c (NO －

3)，将表格中的数据代入得H ＋

浓度为10－

4 mol·L －1，则pH 为4。

易错警示 列式时不要忘了离子浓度前乘上离子所带电荷数。 题组三 电子守恒

5．某强氧化剂XO(OH)＋

2可被Na 2SO 3还原。如果还原1.2×10－

3 mol XO(OH)＋

2需用30 mL 0.1 mol·L

－1

的Na 2SO 3溶液，那么X 元素被还原后的物质可能是( )

A ．XO

B ．X 2O 3

C ．X 2O

D ．X 答案 D

解析 由题意知，S 元素由＋4价→＋6价，假设反应后X 的化合价为＋x 价，根据氧化还原反应中得失电子数目相等可得，1.2×10－

3 mol ×(5－x )＝0.03 L ×0.1 mol·L －

1×(6－4)，解得x ＝0，所以X 元素被还原后的物质是X ，D 项正确。

6．[2016·全国卷Ⅲ，28(2)]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O 5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V 2O 5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

物质 V 2O 5 V 2O 4 K 2SO 4 SiO 2 Fe 2O 3 Al 2O 3 质量分数/% 2.2～2.9

2.8～

3.1

22～28

60～65

1～2

<1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

“氧化”中欲使3 mol 的VO 2＋

变为VO ＋

2，则需要氧化剂KClO 3至少为________ mol 。 答案 0.5

解析 “氧化”中使3 mol 的VO 2＋

变为VO ＋

2，转移电子的物质的量为3 mol ×(5－4)＝3 mol ；氧化剂KClO 3被还原为KCl ，Cl 元素的化合价由＋5价降低到－1价，根据电子守恒可知，需要KClO 3的物质的量至少为3 mol 6＝0.5 mol 。

方法二 关系式法 1．应用原理

关系式法是表示两种或多种物质之间“量”的关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间的“量”的关系表示出来，把多步计算简化成一步计算。正确书写关系式是用关系式法解化学计算题的前提。 2．解题步骤

7．在氧气中燃烧0.22 g 硫和铁组成的混合物，使其中的硫全部转化为二氧化硫，把这些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并转变为硫酸，这些硫酸可用10 mL 0.5 mol·L －1

氢氧化钠溶液完全

中和，则原混合物中硫的百分含量为( ) A ．72% B ．40% C ．36% D ．18% 答案 C

解析 由S 原子守恒和有关反应可得出： S ～H 2SO 4～2NaOH 32 g 2 mol

m (S) 0.5×10×10－

3 mol

得m (S)＝0.08 g

原混合物中w (S)＝0.08 g

0.22 g

×100%≈36%。

8．金属锡的纯度可以通过下述方法分析：将试样溶于盐酸，反应的化学方程式为Sn ＋2HCl===SnCl 2＋H 2↑，再加入过量的FeCl 3溶液，发生如下反应：SnCl 2＋2FeCl 3===SnCl 4＋2FeCl 2，最后用已知浓度的K 2Cr 2O 7溶液滴定生成的Fe 2＋

，反应的化学方程式为6FeCl 2＋K 2Cr 2O 7＋14HCl===6FeCl 3＋2KCl ＋2CrCl 3＋7H 2O 。现有金属锡试样0.613 g ，经上述反应后，共用去0.100 mol·L －

1 K 2Cr 2O 7溶液16.0 mL 。求试样中锡的百分含量(假定杂质不参加反应，锡的相对原子质量为119)。

答案 Sn 与K 2Cr 2O 7物质的量的关系： 3Sn ～3SnCl 2～6FeCl 2～K 2Cr 2O 7 3×119 g 1 mol

x 0.100×0.016 mol x ＝3×119 g ×0.100×0.016 mol 1 mol ＝0.571 2 g

w (Sn)＝0.571 2 g

0.613 g

×100%≈93.2%。

9．(2019·北京，26改编)化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量(废水中不含干扰测定的物质)。

Ⅰ.用已准确称量的KBrO 3固体配制一定体积的a mol·L －

1 KBrO 3标准溶液。 Ⅱ.取v 1 mL 上述溶液，加入过量KBr ，加H 2SO 4酸化，溶液颜色呈棕黄色。 Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入v

2 mL 废水。 Ⅳ.向Ⅲ中加入过量KI 。

Ⅴ.用b mol·L －

1Na 2S 2O 3标准溶液滴定Ⅳ中溶液至浅黄色时，滴加2滴淀粉溶液，继续滴定至终点，共消耗Na 2S 2O 3溶液v 3 mL 。 已知：①I 2＋2Na 2S 2O 3===2NaI ＋Na 2S 4O 6 ②Na 2S 2O 3和Na 2S 4O 6溶液颜色均为无色

③

计算废水中苯酚的含量为________________g·L －

1(苯酚摩尔质量：94 g·mol －

1)。 答案

94(6a v 1－b v 3)

6v 2

解析 n (BrO －

3)＝a v 1×10－

3mol ，根据反应BrO －

3＋5Br －

＋6H ＋

===3Br 2＋3H 2O 可知n (Br 2)＝

3a v 1×10－

3mol ，溴分别与苯酚和KI 反应，先计算由KI 消耗的溴的量，设为n 1(Br 2)，根据I 2＋2Na 2S 2O 3===2NaI ＋Na 2S 4O 6可知I 2～2Na 2S 2O 3，又Br 2＋2I －

===I 2＋2Br －

可知Br 2～I 2，可得Br 2～2Na 2S 2O 3，n (Na 2S 2O 3)＝b v 3×10－3mol ，n 1(Br 2)＝12b v 3×10－

3mol ，再计算由苯酚消耗

的溴的量，设为n 2(Br 2)＝n (Br 2)－n 1(Br 2)＝(3a v 1－12b v 3)×10－

3mol ，苯酚与溴水反应的计量数

关系为3Br 2～C 6H 5OH ，n (C 6H 5OH)＝13n 2(Br 2)＝(a v 1－16b v 3)×10－

3mol ，废水中苯酚的含量＝

(a v 1－16b v 3)mol ×94 g·mol －

1

v 2L ＝94(6a v 1－b v 3)6v 2g·L －1

。

方法三 差量法 1．应用原理

差量法是指根据化学反应前后有关物理量发生的变化，找出“理论差量”。这种物理量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题时先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟实际差量列成比例，然后求解。 2．解题步骤

10．为了检验某含有NaHCO 3杂质的Na 2CO 3样品的纯度，现将w 1 g 样品加热，其质量变为w 2 g ，则该样品的纯度(质量分数)是( ) A.84w 2－53w 1

31w 1

B.84(w 1－w 2)31w 1

C.73w 2－42w 131w 1

D.115w 2－84w 131w 1

答案 A

解析 由题意知(w 1－w 2)g 应为NaHCO 3分解生成的CO 2和H 2O 的质量，设样品中NaHCO 3质量为x g ，由此可得如下关系： 2NaHCO 3=====△

Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O 2×84 62 x w 1－w 2 则x ＝84(w 1－w 2)31

，

故样品纯度为m (Na 2CO 3)m (样品)

＝w 1－x w 1＝84w 2－53w 1

31w 1。

11．将a L NH 3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为b L(气体体积均在同温同压下测定)，该b L 气体中NH 3的体积分数是( ) A.2a －b a B.b －a b C.2a －b b D.b －a

a

答案 C

解析 设有x L NH 3分解，则 2NH 3(g)===N 2(g)＋3H 2(g) ΔV 2 1 3 2 x (b －a )L 2x ＝2(b －a )L x ＝b －a

w (NH 3)＝a －(b －a )b ＝2a －b

b