质量守恒,就是指化学反应前后各物质的质量总和不变。守恒存在于整个自然界的千变万化之中。化学反应是原子之间的重新组合,反应前后组成物质的原子个数保持不变,即物质的质量始终保持不变,此即质量守恒。
运用守恒定律,不纠缠过程细节,不考虑途径变化,只考虑反应体系中某些组分相互作用前后某些物理量或化学量的始态和终态,从而达到速解、巧解化学试题的目的。一切化学反应都遵循守恒定律,在化学变化中有各种各样的守恒,如质量守恒、元素守恒、原子守恒、电子守恒、电荷守恒、化合价守恒、能量守恒等等。这就是打开化学
高中化学守恒的守恒法
守恒法是解决化学计算常用的一种快速、简便而又准确的一种方法,在考试时可节省时间又可提高准确率。守恒法一般包括质量守恒(原子或原子团守恒)、电荷守恒、得失电子守恒以及一些化学变化前后恒定不变的量。下面,就有关化学计算中运用守恒法的解题方法,以实例分析。
�� 一、质量守恒(原子或原子团守恒)法�质量守恒定律的内容,从宏观上表达是:“参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和”;从微观上可理解为:“在一切化学反应中,反应前后原子的种类、数目、原子质量前后没有变化,因此,质量守恒”。 [例1](2005年高考全国卷)已知Q与R的摩尔质量之比为9﹕22,在反应X+2Y=2Q+R中,当16 g X与Y完全反应后,生成44 g R,则参加反应的Y和生成物Q的质量之比为( )。 A 46:9 B 32:9 C 23:9 D 16:9 [解析]由题意得: X + 2Y = 2Q + R 18 22 16 g m(Y) 36 g 44 g根据质量守恒,参加反应Y与生成物Q的质量之比为(44+36—16):36 =16:9[解答] D [例2].标准状况下将1792 L CO2气体通入1 L 1 mol/L的NaOH溶液中,完全反应后所得溶质的物质的量是多少?[解析]:反应前后原子的质量是守恒的,此题可利用反应前后钠原子和碳原子守恒来计算。[解答] 解:由题意,1792 L CO2的物质的量为:1792 L/224 mol·L-1== 08 mol 设生成的Na2CO3物质的量为x mol,NaHCO3物质的量为y mol。由题意得 x + y == 08 mol (碳元素守恒) 2x + y == 1 mol (钠元素守恒) 解得,x == 02 mol y == 06 mol 答:生成Na2CO3 02 mol,NaHCO3 06 mol。 二、电荷守恒法
在溶液中,存在着阴阳离子,由于整个溶液不显电性,故所有阳离子所带电荷总数等于阴离子所带的电荷总数。 [例3].测得某溶液中含Cu2+,K+,SO42-,Cl-四种离子且阳离子的个数比为:Cu2+∶K+=3∶4,则SO42-与Cl-的物质的量之比可能是( )。
A.3∶2 B.1∶3 C.1∶8 D.2∶5 [解析]:据电荷守恒法,可得其比值。设溶液中含SO42-xmol、含Cl-ymol。则:2x+y=3n×2+4n×1
所以SO42-,Cl-物质的量之比可能有以下特征:
(1)当x=n时,y=8n,x∶y=1∶8
(2)当x=2n时,y=6n,x∶y=1∶3
(3)当x=3n时,y=4n,x∶y=3∶4
(4)当x=4n时,y=2n,x∶y=2∶1
所以B,C项符合题意。[解答] BC [例4]. 100 mL 01 mol/L醋酸与50 mL02mol/L NaOH溶液混合,在所得溶液中( )。
A.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+) >c(OH-)C.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+) =c(OH-)
D.c(Na+)=c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)[解析]:由题意知醋酸与NaOH物质的量相等恰好完全反应生成CH3COONa,溶液中c(OH-)>c(H+),据电荷守恒: c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-),由于c(OH-)>c(H+),故c(Na+)>c(CH3COO-),又盐溶液 中阴、阳离子浓度一般大于c(H+)、c(OH-),故选A。 三、电子守恒法电子守恒法主要针对氧化还原反应来的,因为在氧化还原反应中,失去电子的总数,一定等于得到电子的总数,得失电子总数保持守恒。
[例5].将5000 mL 0098 mol/L的羟氨(NH2OH)酸性溶液,与足量硫酸铁在煮沸条件下反应,生成的Fe2+又恰好被4900 mL 0040 mol/L的酸性KMnO4溶液所氧化。在上述反应中,羟氨的氧化产物为( )。
A.NO2 B.NO C.N2O D.N2
[解析]:羟氨被Fe3+氧化,Fe2+又被酸性KMnO4溶液所氧化。归根结底,羟氨失去 电子被KMnO4所得到。NH2OH中N为-1价,设羟氨的氧化产物中N为x价, 由电子守恒法可得:
[x-(-1)]×5000 mL×0098 mol/L =(7-2)×4900 mL×004 mol/L
解得:x=1 [解答] C [跟踪练习] 1、16g某物质,在氧气中完全燃烧,生成44 g二氧化碳和36 g水,关于物质的组成,有下列论断:①一定含C,H;②一定不含O;③可能含O;④一定含O;⑤分子中C,H原子个数比为1∶2;⑥分子中C,H的原子个数比为1∶4。其中正确的是(��)。
�A.①②⑥ B.①②⑤ C.①③⑥ D.①④⑤2、有一在空气中暴露过的KOH固体,经分析测知其中含水762%,K2CO3283%,KOH 90%。若将此样品先加入到1 mol/L的盐酸4600 mL里,过量的盐酸再用107mol/L KOH溶液2765 mL正好中和,盐酸中和后的溶液可得固体约为(��)。
A.343g B.400g C.450g D.107g3、将320 g铜跟300 mL 100 mol/L的硝酸反应,产物只有NO和NO2。若反应后溶液中有a mol H+,则(1) 此时溶液中含有NO3-离子的物质的量为多少?(2) 生成气体的物质的量是多少?(3) 若a=015 mol,则生成的NO和NO2的物质的量之比是多少? [跟踪练习]答案:1、 A 2、 A (提示:氯元素守恒) 3、(1)(a+01)mol (提示:溶液中电荷守恒) (2)(02—a)mol (提示:由氮元素守恒) (3) 1:1 (提示:由氮元素守恒和电子得失守恒共同求得)
化学中常用的计算方法有哪些?
1差量法
差量法是根据化学变化前后物质的量发生的变化,找出所谓“理论差量”。这个差量可以是质量、气体物质的体积、压强、物质的量、反应过程中热量的变化等。该差量的大小与参与反应的物质有关量成正比。差量法就是借助于这种比例关系,解决一定量变的计算题。解此类题的关键是根据题意确定“理论差量”,再根据题目提供的“实际差量”,列出比例式,求出答案。
2守恒法
在化学中有许多守恒关系,如质量守恒、电子转移守恒、电荷守恒、化合价代数和守恒等。
(1)质量守恒
①宏观表现:变化前后质量守恒。
②微观表现:变化前后同种元素的原子个数守恒。
(2)电子转移守恒
在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数(或化合价降低总数)等于还原剂失电子总数(或化合价升高总数)。
(3)电荷守恒
①在电解质溶液中,阴离子所带总负电荷数与阳离子所带总正电荷数必须相等。
②在离子方程式中,反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数必须相等且电性相同
(4)化合价代数和守恒
任一化学式中正负化合价的代数和一定等于零。借此可确定化学式。
运用守恒法解题既可避免书写繁琐的化学方程式,提高解题的速度,又可避免在纷纭复杂的解题背景中寻找关系式,提高解题的准确度。
3关系式(量)法
化学计算的依据是物质之间量的比例关系,这种比例关系通常可从化学方程式或化学式中而得。但对复杂的问题,如已知物与待求物之间是靠很多个反应来联系的,这时就需直接确定已知量与未知量之间的比例关系,即“关系式”。其实从广义而言,很多的化学计算都需要关系式的。只是对于多步反应的计算其“关系式”更是重要与实用。
“关系式”有多种,常见的有:质量或质量分数关系,物质的量或粒子数关系式,气体体积的关系式等。
确定已知与未知之间的关系式的一般方法:
(1)根据化学方程式确定关系式:先写出化学方程式,然后再根据需要从方程式中提练出某些关系。如:
mno2+4hcl(浓)====mncl2+cl2↑+2h2o,可得如下关系:4hcl~cl2
(2)根据守恒原理确定关系式
如:2na~h2
高中化学常用的7种计算方法 我们老师老是说有7大计算方法,请高手们仔细说说!thanks )
化学计算是中学化学的一个难点和重点,要掌握化学计算,应了解中学化学计算的类型,不同类型解题方法是有所不同的,因此我把中学化学中出现的解题方法归纳如下,每种类型都举例加以说明。
一、守恒法
化学反应的实质是原子间重新组合,依据质量守恒定律在化学反应中存在一系列守恒现象,如:质量守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等,利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。
(一)质量守恒法
质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变,在配制或稀释溶液的过程中,溶质的质量不变。
例题1500C时,碳酸铵完全分解产生气态混合物,其密度是相同条件下氢气密度的
(A)96倍 (B)48倍 (C)12倍 (D)32倍
分析(NH4)2CO3=2NH3↑+H2O↑+CO2↑ 根据质量守恒定律可知混和气体的质量等于碳酸铵的质量,从而可确定混和气体的平均分子量为 =24 ,混和气体密度与相同条件下氢气密度的比为 =12 ,所以答案为C
(二)元素守恒法
元素守恒即反应前后各元素种类不变,各元素原子个数不变,其物质的量、质量也不变。
例题有一在空气中放置了一段时间的KOH固体,经分析测知其含水28%、含K2CO3373% 取1克该样品投入25毫升2摩/升的盐酸中后,多余的盐酸用10摩/升KOH溶液308毫升恰好完全中和,蒸发中和后的溶液可得到固体
(A)1克 (B)3725克 (C)0797克 (D)2836克
分析KOH、K2CO3跟盐酸反应的主要产物都是KCl,最后得到的固体物质是KCl,根据元素守恒,盐酸中含氯的量和氯化钾中含氯的量相等,所以答案为B
(三)电荷守恒法
电荷守恒即对任一电中性的体系,如化合物、混和物、溶液等,电荷的代数和为零,即正电荷总数和负电荷总数相等。
例题在Na2SO4和K2SO4的混和溶液中,如果[Na+]=02摩/升,[SO42-]=x摩/升 ,[K+]=y摩/升,则x和y的关系是
(A)x=05y (B)x=01+05y (C)y=2(x-01) (D)y=2x-01
分析可假设溶液体积为1升,那么Na+物质的量为02摩,SO42-物质的量为x摩,K+物质的量为y摩,根据电荷守恒可得[Na+]+[K+]=2[SO42-],所以答案为BC
(四)电子得失守恒法
电子得失守恒是指在发生氧化—还原反应时,氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数,无论是自发进行的氧化—还原反应还是原电池或电解池中均如此。
例题将纯铁丝521克溶于过量稀盐酸中,在加热条件下,用253克KNO3去氧化溶液中亚铁离子,待反应后剩余的Fe2+离子尚需12毫升03摩/升KMnO4溶液才能完全氧化,写出硝酸钾和氯化亚铁完全反应的方程式。
分析铁跟盐酸完全反应生成Fe2+,根据题意可知Fe2+分别跟KMnO4溶液和KNO3溶液发生氧化还原反应,KMnO4被还原为Mn2+,那么KNO3被还原的产物是什么呢?根据电子得失守恒进行计算可得KNO3被还原的产物是NO,所以硝酸钾和氯化亚铁完全反应的化学方程式为: KNO3+3FeCl2+4HCl=3FeCl3+KCl+NO+2H2O
二、差量法
差量法是依据化学反应前后的某些“差量”(固体质量差、溶液质量差、气体体积差、气体物质的量之差等)与反应或生成物的变化量成正比而建立的一种解题方法。此法将“差量”看作化学方程式右端的一项,将已知差量(实际差量)与化学方程式中的对应差量(理论差量)列成比例,其他解题步骤与按化学方程式列比例或解题完全一样。
(一)质量差法
例题在1升2摩/升的稀硝酸溶液中加入一定量的铜粉,充分反应后溶液的质量增加了132克,问:(1)加入的铜粉是多少克?(2)理论上可产生NO气体多少升?(标准状况)
分析硝酸是过量的,不能用硝酸的量来求解。铜跟硝酸反应后溶液增重,原因是生成了硝酸铜,所以可利用这个变化进行求解。
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O 增重
192 448 636-504=132
X克 Y升 132 可得X=192克,Y=448升
(二)体积差法
例题10毫升某气态烃在80毫升氧气中完全燃烧后,恢复到原来状况(101×105Pa , 270C)时,测得气体体积为70毫升,求此烃的分子式。
分析原混和气体总体积为90毫升,反应后为70毫升,体积减少了20毫升。剩余气体应该是生成的二氧化碳和过量的氧气,下面可以利用烃的燃烧通式进行有关计算。
CxHy + (x+ )O2 → xCO2 + H2O 体积减少
1 1+
10 20
计算可得y=4 ,烃的分子式为C3H4或C2H4或CH4
(三)物质的量差法
例题白色固体PCl5受热即挥发并发生分解:PCl5(气)= PCl3(气)+ Cl2 现将584克PCl5装入205升真空密闭容器中,在2770C达到平衡时,容器内的压强为101×105Pa ,经计算可知平衡时容器内混和气体物质的量为005摩,求平衡时PCl5的分解百分率。
分析原PCl5的物质的量为0028摩,反应达到平衡时物质的量增加了0022摩,根据化学方程式进行计算。
PCl5(气)= PCl3(气)+ Cl2 物质的量增加
1 1
X 0022
计算可得有0022摩PCl5分解,所以结果为786%
三、十字交叉法
十字交叉法是进行二组分混和物平均量与组分量计算的一种简便方法。凡可按M1n1 + M2n2 = (n1 + n2)计算的问题,均可用十字交叉法计算的问题,均可按十字交叉法计算,算式为:
M1 n1=(M2- )
M2 n2=( -M1)
式中, 表示混和物的某平均量,M1、M2则表示两组分对应的量。如 表示平均分子量,M1、M2则表示两组分各自的分子量,n1、n2表示两组分在混和物中所占的份额,n1:n2在大多数情况下表示两组分物质的量之比,有时也可以是两组分的质量比,如在进行有关溶液质量百分比浓度的计算。十字交叉法常用于求算:混和气体平均分子量及组成、混和烃平均分子式及组成、同位素原子百分含量、溶液的配制、混和物的反应等。
(一)混和气体计算中的十字交叉法
例题在常温下,将1体积乙烯和一定量的某气态未知烃混和,测得混和气体对氢气的相对密度为12,求这种烃所占的体积。
分析根据相对密度计算可得混和气体的平均式量为24,乙烯的式量是28,那么未知烃的式量肯定小于24,式量小于24的烃只有甲烷,利用十字交叉法可求得甲烷是05体积
(二)同位素原子百分含量计算的十字叉法
例题溴有两种同位素,在自然界中这两种同位素大约各占一半,已知溴的原子序数是35,原子量是80,则溴的两种同位素的中子数分别等于。
(A)79 、81 (B)45 、46 (C)44 、45 (D)44 、46
分析两种同位素大约各占一半,根据十字交叉法可知,两种同位素原子量与溴原子量的差值相等,那么它们的中子数应相差2,所以答案为D
(三)溶液配制计算中的十字交叉法
例题某同学欲配制40%的NaOH溶液100克,实验室中现有10%的NaOH溶液和NaOH固体,问此同学应各取上述物质多少克?
分析10%NaOH溶液溶质为10,NaOH固体溶质为100,40%NaOH溶液溶质为40,利用十字交叉法得:需10%NaOH溶液为
×100=667克,需NaOH固体为 ×100=333克
(四)混和物反应计算中的十字交叉法
例题现有100克碳酸锂和碳酸钡的混和物,它们和一定浓度的盐酸反应时所消耗盐酸跟100克碳酸钙和该浓度盐酸反应时消耗盐酸量相同。计算混和物中碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比。
分析可将碳酸钙的式量理解为碳酸锂和碳酸钡的混和物的平均式量,利用十字交叉法计算可得碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比97:26
四、关系式法
实际化工生产中以及化学工作者进行科学研究时,往往涉及到多步反应:从原料到产品可能要经过若干步反应;测定某一物质的含量可能要经过若干步中间过程。对于多步反应体系,依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质的量的关系,并据此列比例式进行计算求解方法,称为“关系式”法。利用关系式法可以节省不必要的中间运算步骤,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。
(一)物质制备中的关系式法
例题含有SiO2的黄铁矿试样1克,在O2中充分灼烧后残余固体为076克,用这种黄铁矿100吨可制得98%的浓硫酸多少吨?(设反应过程有2%的硫损失)
分析根据差量法计算黄铁矿中含FeS2的量为72% ,而反应过程损失2%的硫即损失2%的FeS2 ,根据有关化学方程式找出关系式:FeS2 — 2H2SO4 利用关系式计算可得结果为:制得98%的浓硫酸1176吨。
(二)物质分析中的关系式法
测定漂白粉中氯元素的含量,测定钢中的含硫量,测定硬水中的硬度或测定某物质组成等物质分析过程,也通常由几步反应来实现,有关计算也需要用关系式法。
例题让足量浓硫酸与10克氯化钠和氯化镁的混合物加强热反应,把生成的氯化氢溶于适量的水中,加入二氧化锰使盐酸完全氧化,将反应生成的氯气通入KI溶液中,得到116克碘,试计算混和物中NaCl的百分含量。
分析根据有关化学方程式可得:4HCl — I2 ,利用关系式计算可得生成氯化氢的质量是67克,再利用已知条件计算得出混和物中NaCl的百分含量为65% 。
五、估算法
(一)估算法适用于带一定计算因素的选择题,是通过对数据进行粗略的、近似的估算确定正确答案的一种解题方法,用估算法可以明显提高解题速度。
例题有一种不纯的铁,已知它含有铜、铝、钙或镁中的一种或几种,将56克样品跟足量稀H2SO4完全反应生成02克氢气,则此样品中一定含有
(A)Cu (B)Al (C)Ca (D)Mg
分析计算可知,28克金属反应失去1摩电子就能符合题目的要求。能跟稀H2SO4反应,失1摩电子的金属和用量分别为:28克Fe、9克Al、20克Ca、12克Mg,所以答案为A
(二)用估算法确定答案是否合理,也是我们检查所做题目时的常用方法,用此法往往可以发现因疏忽而造成的计算错误。
例题24毫升H2S在30毫升O2中燃烧,在同温同压下得到SO2的体积为
(A)24毫升 (B)30毫升 (C)20毫升 (D)18毫升
分析2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O 根据方程式系数的比例关系估算可得答案为D
六、类比法
类比法是将问题类比于旧问题,从而运用旧知识解决新问题的方法。类比法的实质是能力的迁移,即将熟悉问题的能力迁移到新情景或生疏问题上来,实现这种迁移的关键就是找准类比对象,发现生疏问题与熟悉问题本质上的类同性。运用类比法的题又可分为:自找类比对象和给出类比对象两种。前者一般比较简单,后者则可以很复杂,包括信息给予题中的大部分题目。
例题已知PH3在溶液中呈弱碱性,下列关于PH4Cl的叙述不正确的是
(A)PH4Cl水解呈酸性 (B)PH4Cl含有配位键
(C)PH4Cl是分子晶体 (D)PH4Cl与NaOH溶液共热可产生PH3
分析NH3和H4Cl的性质我们已经学过,N和P是同一主族元素性质相似,所以答案为C
七、始终态法
始终态法是以体系的开始状态与最终状态为解题依据的一种解题方法。有些变化过程中间环节很多,甚至某些中间环节不太清楚,但始态和终态却交待得很清楚,此时用“始终态法”往往能独辟蹊径,出奇制胜。
例题把适量的铁粉投入足量的盐酸中,反应完毕后,向溶液中通入少量Cl2 ,再加入过量烧碱溶液,这时有沉淀析出,充分搅拌后过滤出沉淀物,将沉淀加强热,最终得到固体残留物48克。求铁粉与盐酸反应时放出H2的体积(标准状况)。
分析固体残留物可肯定是Fe2O3 ,它是由铁经一系列反应生成,氢气是铁跟盐酸反应生成的,根据2Fe — Fe2O3 、Fe — H2 这两个关系式计算可得:H2的体积为1344升
八、等效思维法
对于一些用常规方法不易解决的问题,通过变换思维角度,作适当假设,进行适当代换等使问题得以解决的方法,称为等效思维法。等效思维法的关键在于其思维的等效性,即你的假设、代换都必须符合原题意。等效思维法是一种解题技巧,有些题只有此法可解决,有些题用此法可解得更巧更快。
例题在320C时,某+1价金属的硫酸盐饱和溶液的浓度为363% ,向此溶液中投入26克该无水硫酸盐,结果析出组成为R2SO4·10H2O的晶体213克。求此金属的原子量。
分析213克R2SO4·10H2O晶体比26克无水硫酸盐质量多187克,这187克是从硫酸盐饱和溶液得的,所以它应该是硫酸盐饱和溶液,从而可知213克R2SO4·10H2O中含有119克结晶水、94克R2SO4 ,最后结果是:此金属的原子量为23
九、图解法
化学上有一类题目的已知条件或所求内容是以图像的形式表述的,解这类题的方法统称图解法。图解法既可用于解决定性判断方面的问题,也可以用于解决定量计算中的问题。运用图解法的核心问题是识图。
(一)定性判断中的图解法
这类问题常与化学反应速度、化学平衡、电解质溶液、溶解度等知识的考查相联系。解题的关键是认清横纵坐标的含义,理解图示曲线的化学意义,在此基础上结合化学原理作出正确判断。
例题右图表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反 Y
应的影响:L(固)+ G(气)= 2R(气)- 热量 在图中, P1 P2 P3
(P1<P2<P3) Y轴是指:
(A)平衡混和气体的百分含量 (B)G的转化率
(C)平衡混和气体中G的百分含量(D)L的转化率
分析认真分析图中曲线的变化可知随温度升高,Y值降
低,而随压强升高,Y值升高,所以答案是C
(二)定量计算中的图解法
这类问题要求解题者根据文字叙述及图象提供的信息,通过计算求某些量的数值或某些量的相互关系。解这类题的要求在于必须抓住图像中的关键“点”,如转折点、最大值点、最小值点等,以关键点为突破口,找出等量关系或列出比例式进而求解。
例题某温度时,在2升容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化曲线如图所示,根据图中数据分析,该反应的化学方程式为:____
______________________________。反应开始至2 01 09 Y
分钟,Z的平均反应速率为:__________________。 X
分析由数据可知X和Y都是反应物,Z是生成 07
物。平衡时X减少03、Y减少01、而Z则增
加02 ,那么化学方程式应该为3X + Y = 2Z
而Z的平均反应速率为:005摩/升·分 02 Z
0 2 t(分)
十、讨论法
(一)不定方程讨论法
当一个方程式中含有两个未知数时,即为不定方程。不定方程一般有无数组解,有些化学题根据题设条件最终只能得到不定方程,必须利用化学原理加以讨论才可以得出合理的有限组解。使问题得到圆满解决。
例题224克某金属M能与426克氯气完全反应,取等质量的该金属与稀盐酸反应,可产生氢气896升(标准状况),试通过计算确定该金属的原子量。
解金属M跟氯气反应生成物为MClx ,跟稀盐酸反应生成物为MCly ,分别写出化学方程式进行计算。 2M + xCl2 = 2MClx
2M 71x 列式整理可得:M=187x (1)式
2M + 2yHCl = 2MCly + yH2
2M 224y 列式整理可得:M=28y (2)式
对(1)式和(2)式进行讨论可得,当x=3 、y=2时,原子量M=56
(二)过量问题讨论法
所谓过量问题讨论法是指题目没有明确指出何种反应物过量,且反应物相对量不同时,反应过程可能不同,需要通过讨论来解题的方法。
例题写出H2S燃烧反应的化学方程式。1升H2S气体和a升空气混和后点燃,若反应前后气体的温度和压强都相同(200C,1013千帕),试讨论当a的取值范围不同时,燃烧后气体的总体积V(用含a的表达式表示,假设空气中氮气和氧气的体积比为4∶1,其它成分可忽略不计)。
解反应式为: 2H2S+3O2=2SO2+2H2O 2H2S+O2=2S+2H2O a升空气中含氧气02a升、含氮气08a 升。氮气不参加反应,体积保持不变。根据 2H2S+O2=2S+2H2O 若1升H2S气体和a升空气完全反应,则a=25升,下列进行讨论:
(1)若a<25升,硫化氢过量 2H2S+O2=2S+2H2O
2 1 所以V=1-04a+o8a=1+04a (L)
(2)若a>25升,氧气过量 2H2S+O2=2S+2H2O 2H2S+3O2=2SO2+2H2O
2 1 2 3 2
可得V=02a-05+08a=a-05 (L)
(三)分析推理讨论法
在分析推理讨论法中,突出分析推理对不定因素的讨论,用较少的计算过程肯定可能的情况,否定不可能的假设,从而较快地进入实质性问题的解决过程。
例题在284克CaCO3和MgCO3组成的混和物中加入足量稀盐酸,生成气体全部被250毫升2摩/升NaOH溶液吸收,将此溶液在减压,低温条件下蒸干得到296克不含结晶水的固体物质。求原混和物中各种物质各多少克?
解NaOH物质的量为05摩,所以固体物质也应含有05摩的钠离子,下面进行讨论:
(1)NaOH过量,05摩NaOH质量为20克,而025摩Na2CO3质量为265克,NaOH和Na2CO3混合不可能得到296克固体物质。这个假设不成立。
(2)CO2过量,固体物质可能为Na2CO3和NaHCO3 ,025摩Na2CO3质量为265克,05摩NaHCO3质量为42克,这个假设成立。
通过上述讨论可知296克固体物质是Na2CO3和NaHCO3的混和物,有关反应为:
CO2 + 2NaOH =Na2CO3 + H2O CO2 + NaOH = NaHCO3
利用方程式计算CO2的物质的量为03摩,生成二氧化碳的有关反应为:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2
利用方程式计算可得:原混和物中CaCO3为20克、MgCO3为84克。
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化学计算常用方法
守恒法 利用反应体系中变化前后,某些物理量在始、终态时不发生变化的规律列式计算主要有:(1)质量守恒;(2)原子个数守恒;(3)电荷守恒;(4)电子守恒;(5)浓度守恒(如饱和溶液中);(6)体积守恒;(7)溶质守恒;(8)能量守恒
差量法 根据物质发生化学反应的方程式,找出反应物与生成物中某化学量从始态到终态的差量(标准差)和实际发生化学反应差值(实际差)进行计算主要有:(1)质量差;(2)气体体积差;(3)物质的量差;(4)溶解度差……实际计算中灵活选用不同的差量来建立计算式,会使计算过程简约化
平均值法 这是处理混合物中常用的一种方法当两种或两种以上的物质混合时,不论以何种比例混合,总存在某些方面的一个平均值,其平均值必定介于相关的最大值和最小值之间只要抓住这个特征,就可使计算过程简洁化主要有:(1)平均相对分子质量法;(2)平均体积法;(3)平均质量分数法;(4)平均分子组成法;(5)平均摩尔电子质量法;(6)平均密度法;(7)平均浓度法……
关系式法 对于多步反应体系,可找出起始物质和最终求解物质之间的定量关系,直接列出比例式进行计算,可避开繁琐的中间计算过程具体有:(1)多步反应关系法:对没有副反应的多步连续反应,可利用开始与最后某一元素来变建立关系式解题(2)循环反应关系法:可将几个循环反应加和,消去其中某些中间产物,建立一个总的化学方程式,据此总的化学方程式列关系式解题
十字交叉法 实际上是一种数学方法的演变,即为a1x1+a2x2=a平×(x1+x2)的变式,也可以转化为线段法进行分析(1)浓度十字交叉法;(2)相对分子质量十字交叉法等
极值法 当两种或多种物质混合无法确定其成分及其含量时,可对数据推向极端进行计算或分析,假设混合物质量全部为其中的某一成分,虽然极端往往不可能存在,但能使问题单一化,起到了出奇制胜的效果常用于混合物与其他物质反应,化学平衡混合体系等计算
讨论法 当化学计算中,不确定因素较多或不同情况下会出现多种答案时,就要结合不同的情况进行讨论将不确定条件转化为已知条件,提出各种可能答案的前提,运用数学方法,在化学知识的范围内进行计算、讨论、推断,最后得出结果主要有以下几种情况:(1)根据可能的不同结果进行讨论;(2)根据反应物相对量不同进行讨论;(3)运用不定方程或函数关系进行讨论
估算法 有些化学计算题表面看来似乎需要进行计算,但稍加分析,不需要复杂计算就可以推理出正确的答案快速简明且准确率高,适合于解某些计算型选择题但要注意,这是一种特殊方法,适用范围不大