内容正文:
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一轮 · 化学
微专题3 化学计算的常用方法
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一轮 · 化学
(一)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,依据若干反应化学方程式,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的方法,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。
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练习1 氯化亚铜(CuCl)是重要的化工原料。国家标准规定合格的CuCl产品的主要质量指标为CuCl的质量分数大于96.50%。工业上常通过下列反应制备CuCl:
2CuSO4+Na2SO3+2NaCl+Na2CO3===2CuCl↓+3Na2SO4+CO2↑
(1)CuCl制备过程中需要配制质量分数为20.0%的CuSO4溶液,试计算配制该溶液所需的CuSO4·5H2O与H2O的质量之比。
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(2)准确称取所配制的0.250 0 g CuCl样品置于一定量的0.5 mol·L-1FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加水20 mL,用0.100 0 mol·L-1的Ce(SO4)2溶液滴定到终点,消耗24.60 mL Ce(SO4)2溶液。有关化学反应为Fe3++CuCl===Fe2++Cu2++Cl-,Ce4++Fe2+===Fe3++Ce3+。通过计算说明上述样品中CuCl的质量分数是否符合标准。
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解析:(1)CuSO4·5H2O的相对分子质量为250,CuSO4的相对分子质量为160,设需要CuSO4·5H2O的质量为x,H2O的质量为y,eq \f(\f(160,250)×x,x+y)=eq \f(20.0,100),16x=5(x+y),x∶y=5∶11。
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(2)设样品中CuCl的质量为z,
由反应化学方程式可知:CuCl~Fe2+~Ce4+
eq \f(99.5 g,z)=eq \f(1 mol,0.100 0 mol·L-1×24.60×10-3 L),
z=eq \f(0.100 0 mol·L-1×24.60×10-3 L×99.5 g,1 mol) ≈0.244 8 g,
eq \f(0.244 8 g,0.250 0 g)×100%=97.92% 97.92%>96.50%,符合标准。
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答案:(1)所需CuSO4·5H2O与H2O的质量之比为5∶11。
(2)样品中CuCl的质量分数符合标准。
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练习2 黄铁矿主要成分是FeS2。某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时,取0.100 0 g样品在空气中充分燃烧,将生成的SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后,用浓度为0.020 00 mol·L-1的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗K2Cr2O7溶液25.00 mL。
已知:SO2+2Fe3++2H2O===SOeq \o\al(2-,4)+2Fe2++4H+
Cr2Oeq \o\al(2-,7)+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
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(1)样品中FeS2的质量分数是(假设杂质不参加反应) 。
(2)煅烧10 t上述黄铁矿,理论上产生SO2的体积(标准状况)为 L,制得98%的硫酸质量为 t。
答案:(1)90.00% (2)3.36×106 15.0
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解析:(1)3FeS2~6SO2~12Fe2+~2Cr2Oeq \o\al(2-,7)
360 g 2 mol
0.100 0 g·w 0.025 L×0.020 00 mol·L-1
w=90.00%
(2)FeS2 ~ 2SO2 ~ 2H2SO4
120 g 2×22.4 L 196 g
90%×107 g V(SO2) m(溶液)×98%
V(SO2)=3.36×106 L;m(溶液)≈1.50×107 g=15.0 t。
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(二)差量法
在化学反应中,根据质量守恒定律,反应物和生成物按一定的质量比发生反应。在具体的一个反应中,还可以根据需要进行某些特定的组合,即化学反应方程式中某些项目进行加减组合。如碳酸氢钠固体的分解反应,产物中的二氧化碳是气体,水是液体,若讨论固体质量的变化,可以是前后固体质量的差值,也可以是非固体物质质量的和,将非固体物质中的比例关系合并为一个比例量,与原化学方程式中各种量成比例关系。具体如下:
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2NaHCO3eq \o(=