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一、有关化学式的计算
1.熟练掌握有关化学式的一般计算。如根据化学式计算相对分子质量;计算化合物中各元素的质量比;计算化合物中各元素的质量分数;根据化学式计算某元素的化合價等。
2.熟悉有关化学式的逆运算。如由化合物中元素的质量比或元素的质量分数推求化学式;由相对分子质量计算化合物中某元素的相对原子质量等。
3.熟悉化学式的综合运算。如化合物质量与元素质量的互算、样品纯度的计算等。
例1(2009年青岛考题)科学家经过多年研究证明,在一些小包装零食中,含一定量的有毒、有害、致病的化学物质。如某些油炸食品中含有致癌物质丙烯酰胺(C3H5ON)。请你根据丙烯酰胺(C3H5ON)的化学式计算后填写。
(1)丙烯酰胺(C3H5ON)的相对分子质量为
;
(2)碳元素和氧元素的质量比是;
(3)氢元素的质量分数为 。
解析:(1)AmBn的相对分子质量=A的相对原子质量×m + B的相对原子质量×n。
(2)A的质量分数= ×100%。
(3)A、B元素的质量比== 。
答案:(1)71;(2)9∶4;(3)7.04%。
例2(2009年哈尔滨考题)在农业科研实验室里,用一定量NH4NO3和KH2PO4的固体混合物配制无土栽培营养液,已知固体混合物中氮元素的质量分数为28%,则固体混合物中KH2PO4的质量分数为()。
A.20% B.25% C.85% D.80%
解析:分析两个物质的化学式可知,只有硝酸铵含氮元素,且该混合物中所含硝酸铵的质量分数越大,则该混合物中氮元素的质量分数就越大。
若设混合物中KH2PO4的质量分数为x%,则硝酸铵的质量分数为1-x%,于是有1:( )=(1-x%):28%,解得,x%=20%。
答案:A。
例3(2009 年襄樊考题)某农田作物生长需要3.5kg氮元素,则需使用尿素[CO(NH2)2] kg。
解析:用元素的质量除以该化合物中这一元素的质量分数就可以得到该物质的质量,即 =7.5(或7.499)。
答案:7.5(或7.499)。
例4(2009年山东平原考题)震惊全国的“三鹿奶粉”事件中的罪魁祸首是三聚氰胺(分子结构如图1所示)。三聚氰胺是一种重要的化工原料,由于其含氮量高,且目前国际上又通用“测氮法”标定牛奶中蛋白质含量,于是一些不法商人就将其混入奶粉中以“提高”奶粉的品质。
(1)三聚氰胺的化学式为。
(2)三聚氰胺中氮元素的质量分数为
(保留一位小数)。
(3)奶粉中蛋白质含量为15~20%,蛋白质中含氮量平均为16%,若不法分子在1袋某品牌奶粉(400 g)中加了1 g三聚氰铵,相当于增加了 g蛋白质。
解释:从分子结构式可以看出一个三聚氰胺分子中所含的各原子及其个数,一个三聚氰胺分子中有3个碳原子、6个氢原子和6个氮原子,所以三聚氰胺的化学式为C3H6N6;三聚氰胺中氮元素的质量分数为 ×100%=66.7%;加了1 g三聚氰铵,相当于增加了蛋白质 =4.2g。
答案:(1)C3H6N6;(2)66.7%;(3)4.2。
点拨:关于化学式计算的实际问题主要包括化工产品和农药化肥的使用,生产生活中常见的安全事故(如燃烧、爆炸)的防范方法、措施,有毒或有腐蚀性物质泄漏的防范及其处理等。常用的计算方法有极值法、差量法、守恒法、化学式变形法等。
二、有关化学方程式的计算
1.理解根据化学方程式计算的原理,掌握解题的基本格式。
2.掌握由一种反应物(或生成物)的质量求生成物(或反应物)的质量的计算。
3.掌握含杂质的反应物(或生成物)(杂质不参加反应)的相关计算。
例5 (2009年南昌考题)在化学反应2A+B2
=2AB中,A 与B2反应的质量关系如图2所示,现将6g A和8g B2充分反应,则生成AB的质量应是( )。
A.9g B.11gC.12g D.14g
解析:由图2可以判断,参加反应的B2和A的质量比是1∶1,6g A和8g B2充分反应,其中2g B2剩余,应该生成12gAB。
答案:C 。
点拨:用字母表示反应物与生成物的化学方程式的计算其依据为质量守恒定律、反应物与生成物各物质的质量比等于相应物质的相对分子质量与其计量数之积的比。因此,计算中只涉及质量时与计量数无关,只有涉及相对分子质量时才与计量数有关。
例6(2009年贺州考题)在托盘天平的左、右两盘中各放一只烧杯,调节至平衡,向烧杯中分别注入质量相同、质量分数相同的稀硫酸,然后向两只烧杯中分别加入相同质量的铜铝合金和锌,待物质反应结束后,天平仍保持平衡,合金中铝与铜的质量比为()。
A.18∶47 B.54∶65 C.27∶64D.27∶38
解析:要使天平仍保持平衡,两边生成的氢气必须质量相等,根据化学方程式可知,生成等质量的氢气需要铝和锌的质量比为18∶65,所以铝和铜的质量比为18 ∶(65-18)=18 ∶47。
答案:A。
例7(2009年佛山考题)用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时,可发生的反应有C+2CuO=2Cu+CO2↑;C + CuO=Cu + CO↑。现用1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是()。
A.CO2B.CO C.CO、CO2 D.Cu、CO
解析:本题可用双项极端假设法进行计算。假设1.2g碳全部生成CO2,根据化学方程式可知,需要16gCuO;假设1.2g碳全部生成CO,根据化学方程式可知,需要8gCuO。因为1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是CO和CO2 。
答案:C。
三、有关溶液的计算
1.掌握溶液中溶质质量分数的相关计算。
2.掌握已知溶质、溶剂(或溶液)质量、溶质质量分数中的任意两个量去求第三个量的计算方法,以及关于溶液稀释或浓缩的计算。
3.能够把溶质的质量分数知识运用于化学方程式计算。
例8 (2007年荆州考题)某乙醇(C2H5OH)的水溶液中,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,则此乙醇溶液中溶质的质量分数是()。
A.5%B.71%C.46%D.33%
解析:由题意知,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,且一个C2H5OH分子和3个H2O分子所含的氢原子数相等,C2H5OH 的相对分子质量为46,3个H2O的相对分子质量为54,所以乙醇溶液中溶质的质量分数是 ×100%=46%。
答案:C。
例9(2009年绍兴考题)硝酸钾和氯化钾的溶解度曲线如图3所示,据图回答下列问题。
(1)溶解度受温度影响较大的物质是 。
(2)50℃时,在100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是(保留小数到0.1%)。
解析:由溶解度曲线可以观察出硝酸钾的溶解度受温度影响较大;50℃时,氯化钾的溶解度为40g,100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是 ×100%=28.6%。
答案:(1)硝酸钾;(2)28.6%。
四、综合计算
1.图像型计算题
以图像的形式将相关量之间的关系形象直观地表示出来,把化学原理抽象为数学问题,旨在考查同学们对图像的数学意义和化学意义的分析、理解和运用能力。图像型计算题看似难度较大,但只要弄清纵轴、横轴、不同曲线的起点、交点和转折点的化学意义,问题就可迎刃而解。
例10(2009年肇庆考题)某同学为了检验家里购买的硫酸铵化肥是否合格,称取27.5 g化肥样品与足量浓烧碱溶液加热,产生的氨气用100.0g废硫酸完全吸收。测得吸收氨气的溶液总质量m与反应时间t的变化如图4所示。
所涉及的反应有:
(NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O+2NH3↑;
2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 。
请计算:
(1)完全反应后产生氨气的质量。
(2)该化肥的含氮量为 (精确到0.1%),
则这种化肥属于(填“合格”或“不合格”,合格硫酸铵的含氮量在20%以上)產品。
(3)请计算废硫酸中硫酸的质量分数(写出计算过程)。
(4)若实验过程中氨气被完全吸收,但该实验测得硫酸铵化肥的含氮量高于实际值,其原因是什么。
解析:由图像可以看出,最后吸收氨气的溶液总质量为106.8g,增加的质量就是生成的氨气的质量,为106.8g-100g=6.8g;6.8g氨气中含有的氮元素的质量就是27.5 g硫酸铵样品中所含氮元素的质量,因此该化肥的含氮量为 ×100%=20.4%,20.4%>20%,所以合格;再根据化学方程式进行计算即可。
答案:(1)6.8g ;(2)20.4% ;合格。
(3)解:设废硫酸中纯硫酸的质量为x ,
2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4,
3498
6.8g x
x= =19.6g。
H2SO4%= ×100%=19.6% 。
答:废硫酸中硫酸的质量分数为19.6%。
(4)加热反应产生的水蒸汽被废硫酸吸收,导致所测吸收液质量比只吸收氨气大。
2.实验数据处理型计算题
解答此类问题时要明确该实验所要研究的问题是什么,其反应原理是什么,然后分析图表数据所表达的物质的量的变化规律,选择有关数据(恰好反应的数据组)进行计算。这类问题主要考查同学们识表获取信息的能力,对实验数据的分析能力以及解决实际问题的能力。
例11(2009年黔东考题)某同学为了测定黄铜屑(由锌和铜形成的合金)样品的组成,取四份样品分别加入稀硫酸反应,其实验数据记录如下表。
试计算:
(1)经分析,在第1份样品测得的数据中,
(填物质)完全反应了。
(2)列式计算黄铜屑样品中的锌的质量分数和所用稀硫酸中溶质的质量分数。
(3)请在图5中画出在50.0g样品中加稀硫酸的质量与产生气体质量变化关系的示意图。
解析:对比第1份和第2份(或第3份)实验数据可知,前两份样品中加入的稀硫酸都完全反应;对照第3份和第4份数据可知,样品中的锌已完全反应。根据产生氢气的质量可以计算出样品中锌的质量,也可以计算出参加反应的硫酸的质量,进而计算出样品中锌的质量分数和硫酸溶液中溶质的质量分数。硫酸和锌接触即反应,图像从原点出发,当锌完全反应,消耗硫酸100g时,氢气达到最大值,然后不再增多。
答案:(1)稀硫酸。
(2)解:设参加反应的锌的质量为x ,参加反应的硫酸的质量为y ,
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
652
x1.0 g
65∶2=x∶1.0 g,
x=32.5g。
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
982
y g0.8 g
98∶2=y∶0.8 g,
y=39.2g 。
黄铜屑样品中的锌的质量分数为
×100%=65%;
所用稀硫酸中溶质的质量分数为
×100%=49%。
答:黄铜屑样品中的锌的质量分数为65%,所用稀硫酸中溶质的质量分数为49%。
(3)如图6所示。
点拨:对于一种反应物的量相同,而另一种反应物的量不同,所得产物的量相同或不同的反应,有如下规律。
(1)若产物的量相同,则相同量的反应物一定完全反应;(2)若产物的量不同,则不同量的反应物中较小者一定完全反应。此规律可简述为“同选同,变选小”,利用该选量规律可速解多组实验数据计算题。
1.熟练掌握有关化学式的一般计算。如根据化学式计算相对分子质量;计算化合物中各元素的质量比;计算化合物中各元素的质量分数;根据化学式计算某元素的化合價等。
2.熟悉有关化学式的逆运算。如由化合物中元素的质量比或元素的质量分数推求化学式;由相对分子质量计算化合物中某元素的相对原子质量等。
3.熟悉化学式的综合运算。如化合物质量与元素质量的互算、样品纯度的计算等。
例1(2009年青岛考题)科学家经过多年研究证明,在一些小包装零食中,含一定量的有毒、有害、致病的化学物质。如某些油炸食品中含有致癌物质丙烯酰胺(C3H5ON)。请你根据丙烯酰胺(C3H5ON)的化学式计算后填写。
(1)丙烯酰胺(C3H5ON)的相对分子质量为
;
(2)碳元素和氧元素的质量比是;
(3)氢元素的质量分数为 。
解析:(1)AmBn的相对分子质量=A的相对原子质量×m + B的相对原子质量×n。
(2)A的质量分数= ×100%。
(3)A、B元素的质量比== 。
答案:(1)71;(2)9∶4;(3)7.04%。
例2(2009年哈尔滨考题)在农业科研实验室里,用一定量NH4NO3和KH2PO4的固体混合物配制无土栽培营养液,已知固体混合物中氮元素的质量分数为28%,则固体混合物中KH2PO4的质量分数为()。
A.20% B.25% C.85% D.80%
解析:分析两个物质的化学式可知,只有硝酸铵含氮元素,且该混合物中所含硝酸铵的质量分数越大,则该混合物中氮元素的质量分数就越大。
若设混合物中KH2PO4的质量分数为x%,则硝酸铵的质量分数为1-x%,于是有1:( )=(1-x%):28%,解得,x%=20%。
答案:A。
例3(2009 年襄樊考题)某农田作物生长需要3.5kg氮元素,则需使用尿素[CO(NH2)2] kg。
解析:用元素的质量除以该化合物中这一元素的质量分数就可以得到该物质的质量,即 =7.5(或7.499)。
答案:7.5(或7.499)。
例4(2009年山东平原考题)震惊全国的“三鹿奶粉”事件中的罪魁祸首是三聚氰胺(分子结构如图1所示)。三聚氰胺是一种重要的化工原料,由于其含氮量高,且目前国际上又通用“测氮法”标定牛奶中蛋白质含量,于是一些不法商人就将其混入奶粉中以“提高”奶粉的品质。
(1)三聚氰胺的化学式为。
(2)三聚氰胺中氮元素的质量分数为
(保留一位小数)。
(3)奶粉中蛋白质含量为15~20%,蛋白质中含氮量平均为16%,若不法分子在1袋某品牌奶粉(400 g)中加了1 g三聚氰铵,相当于增加了 g蛋白质。
解释:从分子结构式可以看出一个三聚氰胺分子中所含的各原子及其个数,一个三聚氰胺分子中有3个碳原子、6个氢原子和6个氮原子,所以三聚氰胺的化学式为C3H6N6;三聚氰胺中氮元素的质量分数为 ×100%=66.7%;加了1 g三聚氰铵,相当于增加了蛋白质 =4.2g。
答案:(1)C3H6N6;(2)66.7%;(3)4.2。
点拨:关于化学式计算的实际问题主要包括化工产品和农药化肥的使用,生产生活中常见的安全事故(如燃烧、爆炸)的防范方法、措施,有毒或有腐蚀性物质泄漏的防范及其处理等。常用的计算方法有极值法、差量法、守恒法、化学式变形法等。
二、有关化学方程式的计算
1.理解根据化学方程式计算的原理,掌握解题的基本格式。
2.掌握由一种反应物(或生成物)的质量求生成物(或反应物)的质量的计算。
3.掌握含杂质的反应物(或生成物)(杂质不参加反应)的相关计算。
例5 (2009年南昌考题)在化学反应2A+B2
=2AB中,A 与B2反应的质量关系如图2所示,现将6g A和8g B2充分反应,则生成AB的质量应是( )。
A.9g B.11gC.12g D.14g
解析:由图2可以判断,参加反应的B2和A的质量比是1∶1,6g A和8g B2充分反应,其中2g B2剩余,应该生成12gAB。
答案:C 。
点拨:用字母表示反应物与生成物的化学方程式的计算其依据为质量守恒定律、反应物与生成物各物质的质量比等于相应物质的相对分子质量与其计量数之积的比。因此,计算中只涉及质量时与计量数无关,只有涉及相对分子质量时才与计量数有关。
例6(2009年贺州考题)在托盘天平的左、右两盘中各放一只烧杯,调节至平衡,向烧杯中分别注入质量相同、质量分数相同的稀硫酸,然后向两只烧杯中分别加入相同质量的铜铝合金和锌,待物质反应结束后,天平仍保持平衡,合金中铝与铜的质量比为()。
A.18∶47 B.54∶65 C.27∶64D.27∶38
解析:要使天平仍保持平衡,两边生成的氢气必须质量相等,根据化学方程式可知,生成等质量的氢气需要铝和锌的质量比为18∶65,所以铝和铜的质量比为18 ∶(65-18)=18 ∶47。
答案:A。
例7(2009年佛山考题)用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时,可发生的反应有C+2CuO=2Cu+CO2↑;C + CuO=Cu + CO↑。现用1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是()。
A.CO2B.CO C.CO、CO2 D.Cu、CO
解析:本题可用双项极端假设法进行计算。假设1.2g碳全部生成CO2,根据化学方程式可知,需要16gCuO;假设1.2g碳全部生成CO,根据化学方程式可知,需要8gCuO。因为1.2g木炭粉末还原10g氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是CO和CO2 。
答案:C。
三、有关溶液的计算
1.掌握溶液中溶质质量分数的相关计算。
2.掌握已知溶质、溶剂(或溶液)质量、溶质质量分数中的任意两个量去求第三个量的计算方法,以及关于溶液稀释或浓缩的计算。
3.能够把溶质的质量分数知识运用于化学方程式计算。
例8 (2007年荆州考题)某乙醇(C2H5OH)的水溶液中,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,则此乙醇溶液中溶质的质量分数是()。
A.5%B.71%C.46%D.33%
解析:由题意知,乙醇分子中所含的氢原子总数与水分子中所含的氢原子总数相等,且一个C2H5OH分子和3个H2O分子所含的氢原子数相等,C2H5OH 的相对分子质量为46,3个H2O的相对分子质量为54,所以乙醇溶液中溶质的质量分数是 ×100%=46%。
答案:C。
例9(2009年绍兴考题)硝酸钾和氯化钾的溶解度曲线如图3所示,据图回答下列问题。
(1)溶解度受温度影响较大的物质是 。
(2)50℃时,在100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是(保留小数到0.1%)。
解析:由溶解度曲线可以观察出硝酸钾的溶解度受温度影响较大;50℃时,氯化钾的溶解度为40g,100克水中加入氯化钾固体到饱和,则所得溶液的溶质质量分数是 ×100%=28.6%。
答案:(1)硝酸钾;(2)28.6%。
四、综合计算
1.图像型计算题
以图像的形式将相关量之间的关系形象直观地表示出来,把化学原理抽象为数学问题,旨在考查同学们对图像的数学意义和化学意义的分析、理解和运用能力。图像型计算题看似难度较大,但只要弄清纵轴、横轴、不同曲线的起点、交点和转折点的化学意义,问题就可迎刃而解。
例10(2009年肇庆考题)某同学为了检验家里购买的硫酸铵化肥是否合格,称取27.5 g化肥样品与足量浓烧碱溶液加热,产生的氨气用100.0g废硫酸完全吸收。测得吸收氨气的溶液总质量m与反应时间t的变化如图4所示。
所涉及的反应有:
(NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O+2NH3↑;
2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4 。
请计算:
(1)完全反应后产生氨气的质量。
(2)该化肥的含氮量为 (精确到0.1%),
则这种化肥属于(填“合格”或“不合格”,合格硫酸铵的含氮量在20%以上)產品。
(3)请计算废硫酸中硫酸的质量分数(写出计算过程)。
(4)若实验过程中氨气被完全吸收,但该实验测得硫酸铵化肥的含氮量高于实际值,其原因是什么。
解析:由图像可以看出,最后吸收氨气的溶液总质量为106.8g,增加的质量就是生成的氨气的质量,为106.8g-100g=6.8g;6.8g氨气中含有的氮元素的质量就是27.5 g硫酸铵样品中所含氮元素的质量,因此该化肥的含氮量为 ×100%=20.4%,20.4%>20%,所以合格;再根据化学方程式进行计算即可。
答案:(1)6.8g ;(2)20.4% ;合格。
(3)解:设废硫酸中纯硫酸的质量为x ,
2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4,
3498
6.8g x
x= =19.6g。
H2SO4%= ×100%=19.6% 。
答:废硫酸中硫酸的质量分数为19.6%。
(4)加热反应产生的水蒸汽被废硫酸吸收,导致所测吸收液质量比只吸收氨气大。
2.实验数据处理型计算题
解答此类问题时要明确该实验所要研究的问题是什么,其反应原理是什么,然后分析图表数据所表达的物质的量的变化规律,选择有关数据(恰好反应的数据组)进行计算。这类问题主要考查同学们识表获取信息的能力,对实验数据的分析能力以及解决实际问题的能力。
例11(2009年黔东考题)某同学为了测定黄铜屑(由锌和铜形成的合金)样品的组成,取四份样品分别加入稀硫酸反应,其实验数据记录如下表。
试计算:
(1)经分析,在第1份样品测得的数据中,
(填物质)完全反应了。
(2)列式计算黄铜屑样品中的锌的质量分数和所用稀硫酸中溶质的质量分数。
(3)请在图5中画出在50.0g样品中加稀硫酸的质量与产生气体质量变化关系的示意图。
解析:对比第1份和第2份(或第3份)实验数据可知,前两份样品中加入的稀硫酸都完全反应;对照第3份和第4份数据可知,样品中的锌已完全反应。根据产生氢气的质量可以计算出样品中锌的质量,也可以计算出参加反应的硫酸的质量,进而计算出样品中锌的质量分数和硫酸溶液中溶质的质量分数。硫酸和锌接触即反应,图像从原点出发,当锌完全反应,消耗硫酸100g时,氢气达到最大值,然后不再增多。
答案:(1)稀硫酸。
(2)解:设参加反应的锌的质量为x ,参加反应的硫酸的质量为y ,
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
652
x1.0 g
65∶2=x∶1.0 g,
x=32.5g。
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
982
y g0.8 g
98∶2=y∶0.8 g,
y=39.2g 。
黄铜屑样品中的锌的质量分数为
×100%=65%;
所用稀硫酸中溶质的质量分数为
×100%=49%。
答:黄铜屑样品中的锌的质量分数为65%,所用稀硫酸中溶质的质量分数为49%。
(3)如图6所示。
点拨:对于一种反应物的量相同,而另一种反应物的量不同,所得产物的量相同或不同的反应,有如下规律。
(1)若产物的量相同,则相同量的反应物一定完全反应;(2)若产物的量不同,则不同量的反应物中较小者一定完全反应。此规律可简述为“同选同,变选小”,利用该选量规律可速解多组实验数据计算题。