四大法寶巧妙簡(jiǎn)化化學(xué)反應中的計算步驟

　　中學(xué)化學(xué)常見(jiàn)的計算主要分為兩個(gè)方面：①涉及化學(xué)反應的計算，②直接根據概念公式的計算。而根據化學(xué)反應的計算可以說(shuō)是重中之重，難中之難，學(xué)生在學(xué)習和計算過(guò)程中容易對化學(xué)方程式產(chǎn)生過(guò)分的依賴(lài)，形成固定的解題模式：寫(xiě)化學(xué)方程式、列比例式、計算結果。但這種常規解題方法，環(huán)節較多，過(guò)程較復雜，出現差錯的機會(huì )較多，同時(shí)也會(huì )因純數字運算占用時(shí)間。如果教師從一開(kāi)始就拋棄這種常規地解化學(xué)計算的方法，教會(huì )學(xué)生去巧妙地尋找化學(xué)變化中計算量之間的關(guān)系，就能做到事半功倍，還能減少出錯的機會(huì )，提高解題效率。下面用例題介紹幾種常用的運用關(guān)系式的方法。

　　一、多步或多個(gè)反應尋找相關(guān)計算量的關(guān)系式

　　例題1：在鐵和氧化鐵的混合物15g中，加入稀硫酸150mL，標準狀況下放出1.68LH2,同時(shí)鐵和氧化鐵均無(wú)剩余;向溶液中滴入KSCN 溶液，未見(jiàn)顏色變化。為了中和過(guò)量的硫酸，且使Fe2+完全轉化成Fe(OH)2,共耗去了3mol·L-1的NaOH溶液200mL。求原硫酸溶液物質(zhì)的量濃度

　　思路分析：這是一道涉及5個(gè)關(guān)聯(lián)反應的計算題，且習題中提供了5個(gè)數據，若按照常規解法就顯得很復雜，也容易出現錯誤，而尋找計算量之間的關(guān)系式去求解就很簡(jiǎn)單。下面介紹關(guān)系式法解題的思路過(guò)程，讀者可試著(zhù)先用常規解法求解此計算題，再與以下用關(guān)系式解題法比較,就能體會(huì )到化學(xué)反應計算中運用關(guān)系式的簡(jiǎn)便.

　　解1： 設原硫酸溶液物質(zhì)的量濃度為C

　　根據題意和反應關(guān)系，最后生成的FeSO4 中的SO42-全部由H2 SO4轉化而來(lái)，即中和過(guò)量的硫酸物質(zhì)的量和FeSO4 物質(zhì)的量應該等于原硫酸物質(zhì)的量，根據硫酸與NaOH的反應和FeSO4與NaOH的反應得：

　　H2 SO4　～　2NaOH

　　1 2

　　C×0.15 3×0.2

　　C= 2 mol/L

　　解2： 根據題意和反應關(guān)系，最后所有H2 SO4中的SO42-最后全部轉化到Na2 SO4中，同時(shí)NaOH中的Na+也全部轉化到Na2 SO4中，根據Na2 SO4中Na與SO4的對應關(guān)系，就可導出上述H2 SO4與NaOH的對應關(guān)系式(2NaOH ～ Na2 SO4　～ H2 SO4　)并求解。

　　例題2：取由鎂粉、氯化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂組成的固體混合物28.8g，放人269.5g質(zhì)量分數為20%的稀硫酸中恰好完全反應，得溶液的質(zhì)量為291.5g，求反應后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數。

　　思路分析：此題一共涉及四個(gè)化學(xué)反應,如果用常規解法，就很繁瑣，也容易出錯，但只要分析涉及的四個(gè)反應就可得如下的關(guān)系式：H2SO4 ∽ MgSO4，根據此關(guān)系式，求出反應后所得溶液的溶質(zhì)(MgSO4)的質(zhì)量。

　　答案：22.6%。

　　例題3 等物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁與足量的稀硫酸反應，所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量之比為 _ 。

　　思路分析：此題的常規解法是，分別設定鈉、鎂、鋁的物質(zhì)的量，再根據化學(xué)方程式分別計算出它們各自所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量，然后求出結果，顯然，求解過(guò)程相當復雜。但我們可以通過(guò)分析化學(xué)方程式中量的關(guān)系，找出鈉、鎂、鋁與氫氣的物質(zhì)的量的關(guān)系式，從對化學(xué)方程式的依賴(lài)中走出來(lái)?解題過(guò)程就會(huì )十分簡(jiǎn)單。以金屬鋁與足量的硫酸反應為例，根據相關(guān)化學(xué)方程式存在以下關(guān)系式：2Al　∽　3H2，即Al與H2的物質(zhì)的量的關(guān)系式為：n( H2)=3/2×n(Al)，由此可推出具有一般意義的金屬與酸反應的物質(zhì)的量的關(guān)系式：n( H2) =金屬化合價(jià)/2×n(金屬)。根據此關(guān)系式不難看出：等物質(zhì)的量的鈉、鎂、鋁所產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量之比，實(shí)際上就等于三種金屬的化合價(jià)之比。答案：1∶2∶3

　　二、根據原子守恒，求找關(guān)系式

　　例4：將2.4克某+2價(jià)金屬元素的氧化物用足量CO還原，反應生成的CO2全部通入足量石灰水中，得白色沉淀3克，則該金屬是：

　　(A)Zn (B)Cu (C)Fe (D)Pb

　　思路分析：設金屬氧化物的化學(xué)式為RO，根據反應：RO + CO===CO2+ R，可得關(guān)系式：RO ∽CO2，又由題目可知白色沉淀是CaCO3，根據題目中的一系列轉化得如下關(guān)系式：CO ∽ CO2 ∽ CaCO3(碳原子守恒)，最終得出已知的計算量CaCO3和未知的計算量RO的關(guān)系式：：RO ∽CaCO3

　　這樣就使計算過(guò)程大大簡(jiǎn)化。

　　答案：(B)Cu

　　例題5 紅磷在氯氣中發(fā)生燃燒反應，若參加反應的磷與氯氣的物質(zhì)的量之比為1：1.8 ，充分反應后生成物中PC15與PC13物質(zhì)的量之比是：

　　A. 3: 5 B. 5: 3 C. 3: 7 D. 1: 2

　　思路分析：此題若按常規解法，是很難寫(xiě)出正確的化學(xué)方程式的，但依題意：n(P):n(C12) =1: 1.8，直接就可得到關(guān)系式： P +1. 8 C12 ∽ mPC15 + n PC13，且m+ n=1，5m + 3n =1. 8

　　答案：(C)

　　例題6：O2、CH4、Na2O2放入密閉容器中，在150℃下，用電火花引發(fā)反應，待反應結束后，測得容器內壓強為零，向所得固體加水無(wú)氣體產(chǎn)生，則原容器中Na2O2、O2、CH4的物質(zhì)的量之比為 。

　　思路分析：此題也涉及三個(gè)化學(xué)反應，O2與CH4生成CO2和H2O，CO2和H2O再分別與Na2O2反應，由題意可知反應后產(chǎn)物僅有Na2C03及NaOH，故直接寫(xiě)出總的關(guān)系式：

　　x Na2O2 + yO2 + zCH4 ∽ z Na 2C03 + 4zNaOH(由C、H原子守恒，得出Na2C03、NaOH前面的系數為Z、4Z);再由Na原子守恒： 2x= 2z+ 4z

　　由O原子守恒：2x+ 2y= 3z+ 4z

　　答案：6：1：2

　　三、遇到涉及氧化還原反應的計算題，應根據電荷守恒，得出關(guān)系式

　　電荷守恒即電子得失守恒，在氧化一還原反應中，氧化劑得到的電子數一定等于還原劑失去的電子數，無(wú)論是自發(fā)進(jìn)行的氧化一還原反應，還是原電池或電解池中均如此。

　　例題7：已知酸性條件下，KMnO4是常用氧化劑，在氧化還原反應中，被還原為Mn2+ (無(wú)色)，又知KMnO4(H+，aq)可將SO32—氧化為SO42—。則某酸性溶液中含KMnO40.50mol，逐滴滴入5.0mol·L—的 Na2SO3(aq)至KMnO4(H+，aq)恰好完全褪色為止。試計算加入的Na2SO3(aq)體積。

　　思路分析：此題若按常規解法，要寫(xiě)出化學(xué)方程式較難或較麻煩，但利用電荷守恒就能輕易得到反應的關(guān)系式：KMnO4(H+，aq)被還原為 Mn2+的過(guò)程是得到5個(gè)電子，而 SO32— 氧化為SO42—的過(guò)程是失去2個(gè)電子，根據得失電子相等(即電荷守恒)的原理，KMnO4與Na2SO3反應的關(guān)系式應為：2KMnO4 ∽ 5 Na2SO3，根據此關(guān)系式計算就能簡(jiǎn)化這道計算題。

　　答案： V = 0.25 ( L)

　　例題8 用石墨電極電解5OOmL NaNO3和Cu(SO4)2的混合溶液，一段時(shí)間后，陰極逸出11.2L(標準狀況)氣體，陽(yáng)極逸出8.4L(標準狀況)氣體，求：

　　(1)原混合溶液中Cu2十的物質(zhì)的量的濃度

　　(2)電解后溶液中的H十 的物質(zhì)的量的濃度

　　思路分析：根據題意可得：陰極得到Cu和H2，陽(yáng)極得到O2。

　　依得失電子守恒得: n(Cu) ×2 +n(H2)× 2 = n(O2)×4

　　解得：n(Cu)=0.25mo1

　　當陰極產(chǎn)生H2，說(shuō)明溶液中Cu2+全部被還原

　　所以：C(Cu2+)= 0.5mol/L，而由溶液中電荷守恒(Na+、NO3—)沒(méi)有變化，因此相當于H+取代了Cu2+，

　　C(H+) = 2×C(Cu2+) =1.Omo1/L

　　四、尋找其他量的關(guān)系式

　　化學(xué)反應的過(guò)程中，除了存在一些以上的原子守恒定律關(guān)系、物質(zhì)的量關(guān)系、電子轉移關(guān)系(化合價(jià)升降關(guān)系)外，還存在一些很有價(jià)值的質(zhì)量守恒、離子電荷守恒(和體積關(guān)系、物質(zhì)組成的比例關(guān)系等，事實(shí)證明：這些守恒和關(guān)系在化學(xué)計算中很有價(jià)值，經(jīng)常應用，就能使計算既快捷簡(jiǎn)單，又正確。

　　例題9 質(zhì)量為29 g的丁烷，在高溫下按以下三種方式發(fā)生分解反應:

　　(1)C4H10 C2H6+C2H4; (2) C4H10 C4H8 + H2 ;(3) C4H10 CH4 + C3H6，且C4H10按上述三種方式分解的比例為5:2:3，則C4H10完全分解后，所得混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 多少?

　　思路分析：這道題并不難，運用常規計算，過(guò)程就相當復雜，最后需要套用有關(guān)摩爾質(zhì)量的概念公式進(jìn)行計算。但認真分析C4H10的分解特點(diǎn)不難發(fā)現，無(wú)論C4H10按何種方式分解，不同分解方式的比例如何，C4H10總是一分為二。因此，利用反應過(guò)程的質(zhì)量守恒，既然反應前后量不變，反應后物質(zhì)的量為反應前的2倍，則反應后所得的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為C4H10摩爾質(zhì)量的一半，即29 g·mol-。

　　例10 有一些在空氣中暴露過(guò)的KOH固體.經(jīng)分析測知含水2.8%，K2 C03 37.3%，取2g該樣品投入10g質(zhì)量分數為36.5%的鹽酸中，反應后，中和多余的鹽酸用去質(zhì)量分數為3. 65 %KOH溶液100 g，蒸發(fā)中和后的溶液得到多少克固體?

　　思路分析：此題數據紛雜，反應多步。若一步步逆推，不僅費時(shí)費力，容易出錯。若用守恒法分析，無(wú)論是KOH還是K2C03，與鹽酸反應最后均生成KCl，即最后生成的KCl與HCl物質(zhì)的量守恒: n(KCl)=n(HCl) 。

　　答案：7. 45 g

　　在計算中運用關(guān)系式的方法，既能簡(jiǎn)化化學(xué)計算的過(guò)程和避免不必要的失誤，對學(xué)生的思維過(guò)程訓練也很有益處。要掌握這個(gè)方法，十分重要的一點(diǎn)就是要努力挖掘化學(xué)變化前后存在的各種有價(jià)值的量的關(guān)系，同學(xué)們在平時(shí)的化學(xué)計算中要善于總結，勤于思考，精于積累，真正學(xué)會(huì )用關(guān)系式去求解化學(xué)計算題。