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微课时突破2 综合深化解重难(化学相关计算的 2 种常用方法)
利用关系式法的计算题一般以中和滴定或氧化还原反应滴定为素材考查物质的量的相关计算,根据化学反应找出相关物质之间的关系再进行化繁为简的计算。热重分析法主要通过分段加热分析剩余物质的质量,进而求算物质的化学式的一种计算方法。关系式法和热重分析法是高考中常用的两种计算方法,体现化学学科对计算的要求,主要考查学生的逻辑推理能力和计算能力。
方法(一) 关系式法
表示两种或多种物质之间“物质的量”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“物质的量”关系表示出来,把多步计算简化成一步计算。利用关系式法可以省去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。用关系式法解题的关键是建立关系式,建立关系式的方法主要有:利用物料守恒关系建立关系式,如工业制硝酸可利用生产过程中氮原子守恒直接建立NH3和硝酸的关系式:NH3HNO3。利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式、利用方程式的加和建立关系式。多步连续氧化还原反应可以通过得失电子守恒建立关系式。
[典例] 为测定某石灰石中CaCO3的质量分数,称取W g石灰石样品,加入过量的浓度为6 mol·L-1的盐酸,使它完全溶解,加热煮沸,除去溶解的CO2,再加入足量的草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液后,慢慢加入氨水降低溶液的酸度,则析出草酸钙沉淀,离子方程式为C2O+Ca2+===CaC2O4↓,过滤出CaC2O4后,用稀硫酸溶解:CaC2O4+H2SO4===H2C2O4+CaSO4,再用蒸馏水稀释溶液至V0 mL。取出V1 mL用a mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定,此时发生反应:2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O。若滴定终点时消耗a mol·L-1的KMnO4溶液V2 mL,计算样品中CaCO3的质量分数。
[解析] 本题涉及的化学方程式或离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O,C2O+Ca2+===CaC2O4↓,CaC2O4+H2SO4===H2C2O4+CaSO4,2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O,由反应方程式可以得出相应的关系式
5CaCO3~5Ca2+~5CaC2O4~5H2C2O4~2MnO
5 2
n1(CaCO3) aV2×10-3 mol
n1(CaCO3)=2.5aV2×10-3 mol
样品中n(CaCO3)=2.5aV2×10-3× mol,则w(CaCO3)=×100%=%。
[答案] %
[思维建模] 关系式法解题步骤
[全训题点考法]
考法(一) 根据原子守恒找关系式
1.碳酸铜和碱式碳酸铜均可溶于盐酸,转化为氯化铜。在高温下这两种化合物均能分解成氧化铜。溶解28.4 g上述混合物,消耗1 mol·L-1盐酸500 mL。煅烧等质量的上述混合物,得到氧化铜的质量是( )
A.35 g B.30 g C.20 g D.15 g
解析:选C 碳酸铜和碱式碳酸铜均可溶于盐酸,转化为氯化铜,溶解28.4 g该混合物,消耗1 mol·L-1盐酸500 mL,HCl的物质的量为0.5 mol,根据氯元素守恒,则CuCl2的物质的量为0.25 mol。根据Cu元素守恒可知,原混合物中含有Cu元素的物质的量为0.25 mol,煅烧等质量的混合物,得到氧化铜的物质的量为0.25 mol,则m(CuO)=0.25 mol×80 g·mol-1=20 g。
2.银铜合金广泛用于航空工业,从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃]若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为________mol CuAlO2,至少需要1.0 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液________L。
解析:5.0 kg银铜合金中铜的物质的量为
n(Cu)==50 mol
由Cu、Al两种元素原子守恒可知
Cu ~ CuAlO2 ~ Al2(SO4)3
1 1
50 mol 50 mol 25 mol
至少需要Al2(SO4)3溶液的体积为=25 L。
答案:50 25
考法(二) 根据电子守恒找关系式
3.将Mg和Cu组成的2.64 g混合物投入适量的稀硝酸中恰好反应,固体完全溶解时收集到NO气体0.896 L(标准状况),向反应后的溶液中加入NaOH溶液使金属离子恰好沉淀完全,则形成沉淀的质量为________。
解析:最终生成的沉淀是Mg(OH)2和Cu(OH)2,其质量等于