第2单元 发展素养(三) 模型认知——化学计算的常用方法(Word学案)-【高考快车道】2026年高考化学大一轮专题复习总复习

发展素养(三)　模型认知——化学计算的常用方法 　守恒法在化学计算中的应用 守恒法的应用原理及解题步骤 应用 原理 所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两种物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中有各种各样的守恒,如质量守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒等 解题 步骤 第一步 　明确题目要求解的量 第二步 　根据题目中要求解的量,分析反应过程中物质的变化,找出守恒类型及相关的量 第三步 　根据守恒原理,梳理出反应前后守恒的量,列式计算求解 例1 下面是制备硫酸的工业流程: 一批32 t含硫元素99%的硫参加反应,在第一步反应中硫元素损失了2%,二氧化硫在第二步反应中有97%转化为了三氧化硫,三氧化硫在第三步反应中被吸收时,视作全部被吸收,那么这批硫粉总计可以生产98%的浓硫酸　　　　t。  【信息解读】 信息 指引 　①第一步反应为S+O2SO2,硫元素损失了2%; 　②第二步反应为2SO2+O22SO3,SO2转化97%; 　③第三步SO3被完全吸收 解题 关键 　①整个反应过程中由S元素守恒建立关系式:S~H2SO4 　②计算关系:中间转化过程损失的硫元素都可看作起始硫粉转化的损失 变式题 某学习小组向一定质量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中,加入100 mL 1.0 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解并放出约224 mL(标准状况)气体,溶液体积仍为100 mL,所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液未显红色。请回答: (1)加盐酸后所得溶液的溶质是　　　　(填化学式),其物质的量浓度是　　　　mol·L-1。  (2)若用足量的CO在高温下还原相同质量的该混合物,最多能得到单质铁的质量是　　　　g。  (3)该混合物中铁、氧两种元素的粒子个数比N(Fe)∶N(O)=　　　　。  　差量法在化学计算中的应用 1.“差量”一般是指某一化学反应前后某一物理量的差值,如固体质量、气体体积等。 2.解题步骤 (1)准确写出有关反应的化学方程式。 (2)深入细致地分析题意,关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”,该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。 (3)根据反应方程式,从“实际差量”寻找比例关系,列比例式求解。 3.“热重曲线”及分析 “热重曲线”(TG曲线)是指使用热天平记录的热分析曲线,纵坐标为试样质量或残留率,横坐标为温度或时间。通过对热重曲线的分析,我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、分解情况及生成的产物等与质量相关联的信息。 (1)对于含有结晶水的某固体M·xH2O热分解反应的过程主要有两个变化阶段:T1→T2为固体失去结晶水的过程;T3→T4为M固体分解的过程。对于具体的图像可以发生分步反应失去结晶水或M固体分解生成多种物质。 (2)M固体可能为盐或氧化物,随着温度的升高,继续分解可能失去一些挥发性的物质,如NH3、CO2、CO等气体,而金属一般以化合态残留在最终产物中。 例2 如图是1.00 g MgC2O4·nH2O晶体放在坩埚里从25 ℃徐徐加热至700 ℃分解时,所得固体产物的质量(m)随温度(t)变化的关系曲线。(已知100 ℃以上才会逐渐失去结晶水,并约在230 ℃时完全失去结晶水) 试回答下列问题: (1)MgC2O4·nH2O中n=　　　　。  (2)通过计算确定C点固体的化学式:　 。  (3)通过计算确定从E点到F点过程中的化学方程式:　 。 (要求写出推断过程) 变式题 [2024·河南名校联盟联考] CO2的捕集和利用是实现“碳中和”的有效途径。CaO可在较高温度下捕集CO2。工业制备CaO的工艺有两种: ⅰ.CaCO3热分解制备; ⅱ.CaC2O4·H2O热分解制备。 其中CaC2O4·H2O在隔绝空气加热升温过程中固体残留率的变化如图所示(固体残留率= ×100%)。 (1)固体残留率由87.7%降到68.5%时,残留固体由　　　　(填化学式,下同)转化为　　　　。  (2)已知分解反应放出的气体越多,制得的固体越疏松多孔,则工艺　　　　(填“ⅰ”或“ⅱ”)得到的CaO具有更好的CO2捕集性能。  　关系式法在化学计算中的应用 　　涉及多步反应体系,往往依据若干个化学反应方程式,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的方法,称为“关系式”法。 1.在确定“已知量”和“待求量”之间的关系式时,一定要找出“中间量”(该“中间量”可在前一个化学反应中作生成物,而在下一个化学反应中作反应物),并通过改变相关化学方程式的化学计量数使“中间量”的计量数变成同一个数值,从而建立“已知量”和“待求量”之间的化学计量数之比,即关系式。 2.具体步骤如下 例3 利用碘量法测定WCl6产品纯度,实验如下: (1)称量:将足量CS2(易挥发)加入干燥的称量瓶中,盖紧称重为m1 g;开盖并计时1 min,盖紧称重为m2 g;再开盖加入待测样品并计时1 min,盖紧称重为m3 g,则样品质量为　　　　　　　g(不考虑空气中水蒸气的干扰)。  (2)滴定:先将WCl6转化为可溶的Na2WO4,通过I离子交换柱发生反应:W+Ba(IO3)2BaWO4+2I;交换结束后,向所得含I的溶液中加入适量酸化的KI溶液,发生反应:I+5I-+6H+3I2+3H2O;反应完全后,用Na2S2O3标准溶液滴定,发生反应:I2+2S22I-+S4。滴定达终点时消耗c mol·L-1的Na2S2O3溶液V mL,则样品中WCl6(摩尔质量为M g·mol-1)的质量分数为　　　　　　　　　。  【信息解读】 信息 指引 　①“称量”:关键词——“足量CS2”“易挥发”; 　②“滴定”涉及转化:WCl6→Na2WO4,及题给三个离子方程式 解题 关键 　①根据第1次计时1 min内称量瓶质量变化确定CS2挥发量,根据第2次计时 1 min内称量瓶质量变化,确定样品的质量; 　②根据题给离子方程式及W元素守恒,确定WCl6与S2的关系式: 变式题 Ba2+是一种重金属离子,一环境监测小组欲利用Na2S2O3、KI、K2Cr2O7等试剂测定某工厂废水中Ba2+的物质的量浓度,取废水50.00 mL,控制适当的酸度,加入足量的K2Cr2O7溶液,得到BaCrO4沉淀;沉淀经洗涤、过滤后,用适量稀硫酸处理,此时Cr全部转化为Cr2;再加入过量KI溶液进行反应,然后在反应液中滴加0.100 0 mol·L-1的标准Na2S2O3溶液,完全反应时,消耗Na2S2O3溶液36.00 mL。已知有关反应的离子方程式为①Cr2+6I-+14H+2Cr3++3I2+7H2O;②2S2+I22I-+S4。则该工厂废水中Ba2+的物质的量浓度为　　　　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 发展素养(三)　模型认知——化学计算的常用方法 探究点1 例1　94.11　[解析] 题述流程依次发生反应:S+O2SO2、2SO2+O22SO3、SO3+H2OH2SO4,据此根据S守恒可知:S~H2SO4,中间转化过程损失的硫元素都可看作起始硫粉转化的损失。n(H2SO4)=n(S)=×(1-2%)×97%≈9.411×105 mol,故生产98%的浓硫酸的质量为=94.11×106 g=94.11 t。 变式题　(1)FeCl2　0.5 (2)2.8　(3)5∶4 [解析] 向一定质量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中,加入100 mL 1.0 mol·L-1的盐酸,恰好使混合物完全溶解并放出约224 mL(标准状况)气体,n(H2)==0.01 mol,所得溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液未显红色,表明溶液中不含有Fe3+,从而说明最终溶液中的溶质只有FeCl2。 (1)由分析可知,加盐酸后所得溶液的溶质是FeCl2,依据Cl元素守恒,n(Cl-)=0.1 L×1.0 mol·L-1=0.1 mol,则FeCl2的物质的量为0.05 mol,其物质的量浓度是=0.5 mol·L-1。(2)若用足量的CO在高温下还原相同质量的该混合物,依据Fe元素守恒,最多能得到单质铁的质量等于FeCl2中所含Fe元素的质量,则最多能得到单质铁的质量是0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。(3)由上面计算可知,n(Fe)=0.05 mol,依据氢、氧元素守恒,n(O)=×(0.1 mol-0.01 mol×2)=0.04 mol,该混合物中铁、氧两种元素的粒子个数比N(Fe)∶N(O)=0.05 mol∶0.04 mol=5∶4。 探究点2 例2　(1)2 (2)MgC2O4·H2O (3)MgC2O4MgO+CO↑+ CO2↑ 设F点物质为X,由Mg原子守恒得n(MgC2O4)=n(X),即=,解得M(X)≈40 g·mol-1,则X为MgO,由得失电子守恒可知,生成物还有CO2、CO [解析] (1)根据图像中的数据,由B到D反应是结晶水合物受热分解失去全部结晶水。 MgC2O4·nH2OMgC2O4+nH2O↑ 　　　　　　112+18n　　　　　　　　　18n 　　　　　　　1.00 g　　　　　　　(1.00-0.76) g =,根据计算,n≈2。 (2)根据图像中的数据,由B到C反应是结晶水合物受热分解失去部分结晶水,设C点物质化学式为MgC2O4·xH2O。 MgC2O4·2H2OMgC2O4·xH2O+(2-x)H2O↑ 　　148　　　　　　　　　　　　 　　18(2-x) 　　1.00 g　　　　　　　　　　 　　(1.00-0.88) g =,解得x≈1,B点固体的化学式为MgC2O4·H2O。 (3)草酸镁受热分解,设最终存留固体为X,利用反应前后Mg元素的质量守恒,n(MgC2O4)∶n(X)=∶=1∶1,M(X)≈40 g·mol-1,可推测出X为MgO,根据原子个数守恒和质量守恒,再考虑草酸镁中C元素化合价为+3价,逸散气体不会只有CO2,应该还有CO,所以化学方程式为MgC2O4MgO+CO↑+CO2↑。 变式题　(1)CaC2O4　CaCO3　(2)ⅱ [解析] (1)设开始有1 mol CaC2O4·H2O,质量是146 g,当加热先分解生成草酸钙和水时,固体残留率为×100%≈87.7%,即此时固体为CaC2O4,当固体残留率为68.5%时,剩余固体质量为146 g×68.5%=100 g,则此时固体为CaCO3,即发生CaC2O4CaCO3+CO↑,继续加热,又发生CaCO3CaO+CO2↑。(2)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体,制得的氧化钙更加疏松多孔,因此工艺ⅱ得到的CaO具有更好的CO2捕集性能。 探究点3 例3　(1)(m3+m1-2m2) (2)×100% [解析] (1)称量时加入足量的CS2,盖紧称重为m1 g,由于CS2易挥发,开盖时要挥发出来,称量的质量要减少,开盖并计时1 min,盖紧称重m2 g,则挥发出的CS2的质量为(m1-m2) g,再开盖加入待测样品并计时1 min,又挥发出(m1- m2) g的CS2,盖紧称重为m3 g,则样品质量为m3 g+2(m1-m2) g-m1 g=(m3+m1-2m2) g。(2)滴定时,根据关系式:W~2I~6I2~12S2,样品中n(WCl6)=n(W)=n(S2)=cV×10-3 mol,m(WCl6)=cV×10-3 mol×M g·mol-1= g,则样品中WCl6的质量分数为×100%。 变式题　0.024 mol·L-1 [解析] 设50.00 mL废水中Ba2+的物质的量为x,则根据相关反应可得以下关系式: Ba2+~BaCrO4~Cr2~I2~3S2 1 　　　　　　　　　　　　3 x　　　　　　　　　　　0.036 00 L×0.100 0 mol·L-1 解得x=1.200×10-3 mol,则c(Ba2+)==0.024 mol·L-1。 学科网（北京）股份有限公司 $