化學(xué)計(jì)算

二. 重點(diǎn)、難點(diǎn)：

1. 化學(xué)計(jì)算復(fù)習(xí)建議。

2. 化學(xué)計(jì)算的基本類型。

3. 有關(guān)物質(zhì)的量的基本計(jì)算。

三. 知識(shí)分析：

（一）化學(xué)計(jì)算復(fù)習(xí)建議

化學(xué)基本計(jì)算是建立在化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上的計(jì)算，它與基本概念、基礎(chǔ)理論及化學(xué)用語等知識(shí)融合在一起。復(fù)習(xí)化學(xué)計(jì)算時(shí)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1. 深刻理解有關(guān)概念和理論

化學(xué)計(jì)算中的很大一部分內(nèi)容是概念計(jì)算，對(duì)概念的正確理解是解決有關(guān)計(jì)算的前提，所以要深刻理解有關(guān)概念及理論。屬于此部分的計(jì)算有溶解度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的濃度的計(jì)算與換算、物質(zhì)的量、微粒數(shù)目、質(zhì)量、氣體體積及物質(zhì)的量濃度的計(jì)算與換算等。在這部分計(jì)算中，應(yīng)正確把握概念之間的區(qū)別與聯(lián)系，避免由于概念不清而出錯(cuò)。如：溶解度表示的是溶質(zhì)質(zhì)量與溶劑質(zhì)量的關(guān)系，物質(zhì)的量濃度表示的是溶質(zhì)的物質(zhì)的量與溶劑體積的關(guān)系。

如0.1molNH₄Cl溶液中各離子濃度關(guān)系的確定，需從鹽類水解角度分析：NH₄Cl為強(qiáng)酸弱堿鹽，所以c（Cl^－）c（NH₄⁺），又因水解的是一小部分離子，所以c（NH₄⁺）比c（H⁺）、c（OH^－）均大，在根據(jù)水解后溶液顯酸性，可知c（H⁺）c（OH^－），最后得出離子濃度關(guān)系為c（Cl^－）c（NH₄⁺）c（H⁺）c（OH^－）

2. 不斷總結(jié)小規(guī)律

化學(xué)計(jì)算中經(jīng)常用到一些量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，復(fù)習(xí)中應(yīng)注意總結(jié)出來，并在理解的基礎(chǔ)上熟練掌握。如活潑金屬與非氧化性酸的反應(yīng)中各物質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系有：R~xH⁺~H₂（R為金屬原子，x為金屬在化合物中的價(jià)態(tài)）。像這樣的規(guī)律還有很多，如等物質(zhì)的量的鋁與足量H⁺及強(qiáng)堿溶液反應(yīng)后產(chǎn)生等物質(zhì)的量的H₂；金屬鈉與水反應(yīng)放出H₂與等量Na轉(zhuǎn)化為Na₂O₂后再與水反應(yīng)放出的O₂恰好可化合生成水；Al³⁺與OH^－的物質(zhì)的量之比為1:3時(shí)，恰好生成Al（OH）₃，為1:4時(shí)恰好生成AlO₂^－；同溫同壓下，同質(zhì)量的氣體體積比與式量成反比；同溫同壓下氣體的密度比等于式量之比等等。

3. 積累解題思路

在計(jì)算的復(fù)習(xí)中，應(yīng)注意各類習(xí)題解題思路的積累。如“守恒”思維在解決計(jì)算問題時(shí)應(yīng)用十分廣泛，化學(xué)反應(yīng)中宏觀上有質(zhì)量守恒，微觀上有原子數(shù)守恒；氧化還原反應(yīng)中有化合價(jià)升降總數(shù)相等，得失電子總數(shù)相等的守恒；在任何溶液中都有正負(fù)電荷總數(shù)相等的電荷守恒等。

再比如：惰性電極電解鹽溶液時(shí)，若只產(chǎn)生一種氣體，溶液中新產(chǎn)生的OH^－或H⁺與氣體的關(guān)系為H₂~2OH^－或4H⁺~O₂。

又如在Na₂S溶液中，從電荷守恒出發(fā)，可得：c（Na⁺）+ c（H⁺）=2c（S^2－）+c

（HS^－）+c（OH^－）；從Na⁺ 與S^2－在晶體中有數(shù)目比2:1的關(guān)系出發(fā)，可推出c（Na⁺）與所含S^2-的濃度關(guān)系為：c（Na⁺）=2c（S^2－）+2c（HS^－）+2c（H₂S）；在比如在含等物質(zhì)的量的CH₃COOH與CH₃COONa的溶液中，由混合物溶液顯酸性確定c（H⁺）>c（OH^－），再根據(jù)此溶液中只含四種只帶一個(gè)單位電荷的離子及溶液電中性的關(guān)系可推出：

c（CH₃COO^－）>c（Na⁺）>c（H⁺）>c（OH^－）。由電解質(zhì)溶液理論可知，上述混合液中CH₃COOH的電離抑制了CH₃COO^－的水解，所以c（CH₃COO^－）比c（CH₃COOH）略大。沒有CH₃COOH時(shí)，CH₃COONa中c（CH₃COO^－）與c（Na⁺）數(shù)相等，所以該混合溶液中還有以下關(guān)系：

c（CH₃COO^－）c（Na⁺）c（CH₃COO^－）c（H⁺）c（OH^－）。

以上各例是“守恒”思想在電解質(zhì)溶液中的具體應(yīng)用。在氧化還原反應(yīng)中常應(yīng)用“守恒”思想去解題。例如：在反應(yīng)5NH₄NO₃2HNO₃+4N₂+9H₂O中，求被氧化的氮原子與被還原的氮原子的物質(zhì)的量之比，就可先依據(jù)氧化還原理論分析出氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物均是N₂，從而得出被氧化，被還原，再根據(jù)二者之間得失電子數(shù)相等確定對(duì)應(yīng)關(guān)系必為5~3，所以結(jié)果為5:3。

在計(jì)算復(fù)習(xí)時(shí)，除可從上面所述三個(gè)方面進(jìn)行外，還有其它許多方法。任何方法都需要通過一定量的練習(xí)，在練習(xí)中注意各種題型的解法，才能不斷發(fā)展思維能力，提高化學(xué)計(jì)算水平。

（二）化學(xué)計(jì)算基本公式及知識(shí)結(jié)構(gòu)

1. 式量、分子式、最簡(jiǎn)式之間關(guān)系

2. 物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溶解度之間的關(guān)系

3. 水的離子積、c（H⁺）、c（OH^－）、pH之間的關(guān)系

（1）Kw= c（H⁺）·c（OH^－）=10^－14（25℃時(shí)）

（2）pH=－1g c（H⁺）

4. 化學(xué)方程式的意義及計(jì)算類型

5. 結(jié)構(gòu)關(guān)系：

【典型例題】

[例1] 求出下面物質(zhì)的物質(zhì)的量

（1）3.20 g H₂SO₄

（2）360.0 mL 氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔铮?biāo)準(zhǔn)狀況）

（3）9.23×10²⁴個(gè)負(fù)電子

解析：

（1）根據(jù)公式n＝得：n（H₂SO₄）＝＝0.0327 mol

（2）根據(jù)公式n＝得：

n_混＝n（N₂）＋n（O₂）＝＝0.0161 mol

（3）根據(jù)公式n＝得：n（e^－）＝＝15.3 mol

答案：（1）0.0327 mol（2）0.0161 mol（3）15.3 mol

[例2] 下列敘述中，正確的組合是（    ）

① 一定溫度和壓強(qiáng)下，各種氣態(tài)物質(zhì)體積的大小，由構(gòu)成氣體的分子大小決定

② 一定溫度和壓強(qiáng)下，各種氣態(tài)物質(zhì)體積的大小，由構(gòu)成氣體的分子數(shù)決定

③ 不同的氣體，若體積不同，則它們所含的分子數(shù)也不同

④ 一定溫度和壓強(qiáng)下，各種氣體的物質(zhì)的量決定了它們的體積

A. ①②   B. ②④   C. ①③    D. ③④

解析：（排除法）本題是對(duì)影響氣體體積因素的考查，從微觀來看，影響物質(zhì)體積的因素有三個(gè)：

（1）構(gòu)成物質(zhì)的粒子數(shù)多少；（2）粒子的大?。唬?/span>3）粒子間的距離。固體和液體的分子間距離較小，其體積主要是由（1）決定的；氣體分子間距離較大，其體積主要是由（1）、（3）決定的；氣體分子間的距離比氣體分子本身的直徑大的多，一般在10倍左右，即：對(duì)同一種物質(zhì)而言，V（g）≈1000V（l）≈1000V（s）。

則本題中，① 不正確，備選項(xiàng)中有①者不可選，A、C被排除。

② 正確，因已言明是氣體，且溫度壓強(qiáng)一定，即分子間距離已定，則氣體的體積大小只能由氣體的分子數(shù)多少所決定，這樣備選項(xiàng)中，無②不可選，D被排除，由此已知答案為B。

下面給出對(duì)③、④兩項(xiàng)的分析：

③ 不正確。因?yàn)橹复幻?，即不知道氣體存在的條件，若有前提：同溫同壓，則此說法正確。

④ 正確，原因同②。

答案：B

[例3] 將體積比為3∶2的二氧化碳和二氧化硫混合均勻，并升溫到120℃，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為（    ）

A. 52 g·mol^－1

B. 44 g·mol^－1

C. 42 g·mol^－1

D. 66 g·mol^－1

解析：通常，本題有兩種解法，公式法和中間值法。

方法1（公式法）：由_混 ＝總得：

_混＝＝52g·mol^－1

方法2（中間值法）：因?yàn)榛旌蠚怏w為CO₂和SO₂的混合物，所以下列關(guān)系成立：

44g·mol^－1＝M（CO₂）＜_混＜M（SO₂）＝64g·mol^－1

觀察備選項(xiàng)，只有_混＝52g·mol^－1符合題意

答案：A

評(píng)注：本題給出的溫度只是一個(gè)干擾項(xiàng)，溫度的高低對(duì)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量及純凈物的摩爾質(zhì)量無影響。

[例4] 設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的符號(hào)為Ｎ_Ａ，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，某O₂和N₂的混合氣體m g含有b個(gè)分子，則n g該混合物在相同狀況下所占的體積（L）應(yīng)是（    ）

A. L·mol^－1

B. L·mol^－1

C. L·mol^－1

D. L·mol^－1

解析：通常，本題有兩種解法，計(jì)算法和推斷法。

方法1（計(jì)算法）：n g該混合物在相同條件下的分子數(shù)、物質(zhì)的量、體積分別是

Ｎ＝×n g＝n＝Ｖ＝22.4 L·mol^－1·

方法2（推算法）：所求體積應(yīng)是Ｖ＝nＶ_m，則D首先被淘汰；當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)物質(zhì)的量n＝，所求體積與N_Ａ成反比，C被淘汰；所求體積與質(zhì)量成正比：質(zhì)量越大體積越大，這樣B項(xiàng)被淘汰。

答案：A

評(píng)注：雖然計(jì)算法更符合初學(xué)者的傳統(tǒng)思維習(xí)慣，但推斷有時(shí)是更好的解題方法。本題備選項(xiàng)中單位為“L· mol^{－1”看似錯(cuò)誤，但各備選項(xiàng)}n_A中都隱藏著一個(gè)單位，即mol^－1，“L·mol^{－1”與“}mol^－1”的運(yùn)算結(jié)果要為“L”，n_A必須在分母中，由此也可排除C、D選項(xiàng)。

[例5] 某混合氣體中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是氫氣為72%，一氧化碳為28%，計(jì)算此混合氣體的平均摩爾質(zhì)量。

解析：（賦值法）為方便計(jì)算，取混合物100ｇ，則

n（H₂）＝＝36 moｌn（CO）＝＝1.0 moｌ

＝＝＝2.7g·mol^－1

答案：混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為2.7g·mol^－1

【模擬試題】

1. 設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)，下列說法中不正確的是（    ）

A. 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2L甲烷和乙烯混合物所含氫原子的數(shù)目為2N_A

B. 6 g SiO₂所含的共價(jià)鍵的數(shù)目為0.4 N_A

C. 1 mol C₅H₁₂中單鍵數(shù)目為12 N_A

D. 1 mol P₄中含P—P共價(jià)鍵的數(shù)目為6 N_A 

2. 下列離子反應(yīng)方程式正確的是（    ）

A. 向澄清的石灰水中滴加少量碳酸氫鈉溶液：

Ca²⁺+2OH^－+2HCO₃^－=CaCO₃↓+CO₃^2－+2H₂O

B. 向硫酸氫鈉溶液中滴加氫氧化鋇溶液至中性：

H⁺+SO₄^2－+Ba²⁺+OH^－=BaSO₄↓+H₂O 

C. 向NH₄Al（SO₄）₂溶液中加少量Ba（OH）₂溶液：

2Al³⁺+3SO₄^2－+3Ba²⁺+6OH^－=2Al（OH）₃↓+3BaSO₄↓

D. 向n mo l FeI₂溶液中通入n mol Cl₂

2Fe ²⁺+Cl₂=2Fe³⁺ +2Cl^－

3. 在體積可變的密閉容器中建立氨氣在水中的溶解平衡和電離平衡，在下圖的容器中按

圖示操作，下列各項(xiàng)敘述正確的是（    ） 

A. 氨水的濃度增大，pH減小

B. 液面上氨氣的壓強(qiáng)增大，水溶液的pH不變

C. 液面上氨氣的壓強(qiáng)不變，溶液的濃度增大，pH變大

D. 液面上氨氣的壓強(qiáng)變大，溶液的濃度增大，NH₃·H₂O的平衡常數(shù)不變

4. 用鉑作電極電解1.5 mol/L的KCl和0.25 mol/L的的混合溶液時(shí)，下圖所示的電解變化曲線合理的是（    ）

A. ①④                           B. ②③        

C. ②④                           D. ①③

5. a、b、c、d是四種短周期元素，a、b、d同周期，c、d同主族。a的原子示意圖為，b、c形成化合物的電子式為，下列比較正確的是（    ）

A. 原子半徑a > c > b                     

B. 原子的氧化性a > c > d

C. 最高價(jià)氧化物的熔點(diǎn)a > d > b            

D. 最高價(jià)含氧酸的酸性c > d > a

6. 2002年10月26日，俄羅斯特種部隊(duì)在解救歌劇院人質(zhì)時(shí)所使用的氣體芬太奴，是醫(yī)療中使用的一種速效強(qiáng)力鎮(zhèn)痛藥。它可以通過抑制呼吸和血液循環(huán)進(jìn)行止痛，使人感覺麻木，大量使用能使人昏迷乃至死亡。已知CH₃COOH結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可表示為：，芬太奴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：

下列關(guān)于芬太奴的說法正確的是（    ）

A. 芬太奴的分子式為C₂₀H₂₅N₂O

B. 芬太奴在一定條件下可發(fā)生水解反應(yīng)

C. 芬太奴屬于苯的同系物

D. 該分子中所有原子可以共平面

7. 指出下列操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響正確的是（    ）

① 欲配制0.1mol/L CuSO₄溶液100 mL，取2.5 g膽礬在燒杯中溶解，然后倒入容量瓶定容在100 mL，則濃度偏大。

② 欲配制40% H₂SO₄ ，現(xiàn)用80% H₂SO₄加等體積水，則濃度偏小。

③ 欲配制40%酒精，現(xiàn)用80%酒精加等體積水，則濃度偏小。

④ 測(cè)定硫酸銅結(jié)晶水含量的實(shí)驗(yàn)中晶體加熱完全失去結(jié)晶水后，將盛放試樣的坩堝放在石棉網(wǎng)上自行冷卻，使得測(cè)定結(jié)果偏低。

⑤ 稱量一白色粉末的質(zhì)量，將藥品放在天平右盤，并移動(dòng)游碼使之平衡，則結(jié)果偏高。

⑥ 中和滴定往錐形瓶中加入待測(cè)液后，再加入少量蒸餾水稀釋，測(cè)得結(jié)果偏低。

A. ①③⑤         B. ②④⑥         C. ③④⑤         D. ④⑤⑥

8.（1）已知?dú)湓赜腥N同位素¹H、²H、³H，氫元素可形成H^＋和H^－兩種離子，則下列敘述中正確的是                       。

① ¹H、²H可用于制造氫彈；        

② 三種同位素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同；

③ 三種同位素在自然界中所占的原子百分比是相同的；

④ H^＋的離子半徑比H^－的離子半徑小；   

⑤ H^＋離子具有氧化性，H^－離子具有還原性。

（2）已知葡萄糖的燃燒熱為2804 kJ/mol，寫出葡萄糖完全燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式                  ；

（3）已知在0.1 mol·L^－1的NaHSO₃溶液中有關(guān)微粒濃度由大到小的順序?yàn)椋?/span>

c（Na^＋）> c（HSO₃^－）> c（SO₃^2－）> c（H₂SO₃）

① 則該溶液中c（H^＋）     c（OH^－）（填“>”、“<”、“=”），簡(jiǎn)述理由（用離子方程式和必要的文字說明）：              。

② 現(xiàn)向NH₄HSO₃溶液中逐滴加入少量含酚酞的氫氧化鈉溶液，可觀察到的現(xiàn)象是           

             ；寫出該反應(yīng)的離子方程式      。

9. Cu、Cu₂O和CuO組成的混合物，加入100 mL 0.6 mol/L HNO₃溶液恰好使混合物完全溶解，同時(shí)收集到224 mL NO氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。求：

（1）寫出Cu₂O跟稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

                                             ；

（2）產(chǎn)物中硝酸銅的物質(zhì)的量為               ；

（3）如原混合物中含0.01 mol Cu，則其中Cu₂O、CuO的物質(zhì)的量分別為          

        和                    ；

（4）如原混合物中Cu的物質(zhì)的量為x 則其中Cu₂O、CuO的物質(zhì)的量及x 的取值范圍分別為           、            、           。

10. 某學(xué)校設(shè)計(jì)了一節(jié)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課，讓學(xué)生從廢舊干電池的黑色粉末中（炭黑、MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等物質(zhì)）回收NH₄Cl和ZnCl₂，請(qǐng)回答下列問題：

（1）寫出從黑色粉末中提取NH₄Cl和ZnCl₂晶體的簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)步驟：              

（2）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)證明所得晶體中含有NH。

實(shí)驗(yàn)步驟：                                                             

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：                                                            

有關(guān)的離子方程式：                                                    

（3）用什么方法可將NH₄Cl和ZnCl₂的晶體混合物分離開？

                                               。

11. 已知在一定條件下碳碳雙鍵可被酸性KMnO₄溶液氧化，羰基可以與乙炔發(fā)生反應(yīng)，如：

現(xiàn)有化合物A的一系列反應(yīng)（反應(yīng)條件略去），其中B是生活中常見的有機(jī)酸。

（1）A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為                                               ；

（2）注明反應(yīng)類型③               ⑤              ⑥                ；

（3）完成下列化學(xué)方程式：

BG                                             ；

EF                                              。

（4）可被催化氧化成醛而且與化合物具有相同分子式、屬同類（炔醇）的物質(zhì)有四種，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為

                              ，                             ，

                              ，                              。

【試題答案】

1. C    2. C    3. D    4. A    5. D    6. B    7. C

8. （1）4、5

（2）C₆H₁₂O_6（s）+6O_2(g)=6CO_2(g)+6H₂O_(l)；△H=－2804kJ/mol

（3）① >；在NaHSO₃溶液中存在兩個(gè)平衡：HSO₃^－H⁺+SO₃^2－ 和HSO₃^－+ H₂OH₂SO₃+OH^－，由題給信息可知：亞硫酸根離子濃度大于亞硫酸濃度，故有電離程度大于水解程度，即C（H⁺）>C（OH^－）。

② 溶液紅色褪去；HSO₃^－+ OH^－= H₂O+ SO₃^2－

9.

（1）Cu₂O+14HNO₃=6Cu（NO₃）₂+2NO↑+7H₂0       

（2）0.025 mol

（3）0.005 mol；0.005 mol 

（4）（0.015－X）mol；（X－0.005）mol；0.005<X<0.015

10.（1）將黑色混合物溶解，過濾，取濾液加熱濃縮，后降溫結(jié)晶即為NH₄Cl和ZnCl₂晶體的混合物。

（2）在試管中將晶體溶解，加入足量的NaOH溶液，微熱，用玻璃棒粘一濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于試管口部，觀察試紙顏色的變化。 

濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。

NH₄⁺+ OH^－NH₃↑+ H₂O

（3）將混合晶體加熱，然后將產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝而得的晶體進(jìn)行收集即得氯化銨晶體，其余未分解的固體為氯化鋅晶體。

11.（1）

（2）加成；消去；加聚   

（3）CH₃COOH+CH₃COOC（CH₃）₂CH=CH₂ ＋H₂O

nCH₂＝C（CH₃）—CH＝CH₂

（4）；；；