巧解选择型计算题

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  [摘 要]
  用常规方法计算化学反应生成物的量多显麻烦。文中对例举的四道例题进行剖解分析,归纳总结了几种选择型计算题的技巧解法,快捷简便,省去大量烦琐的计算,可有效提高解题速度。
  [关键词]
  巧解;选择型;计算题
  有一类化学反应,反应物用量不同,导致生成物有所不同以及生成物的量也随之变化。这方面的选择题型计算题目很常见,用常规方法很麻烦。这就是本文要探讨的话题:巧解这类选择性计算题。
  题型特点:题目给出参加反应的各反应物的量,求解某种生成物的量或某几种生成物之间的量的关系。
  解题原理:依据题述事实,参加反应的反应物的物质的量之比即为它们的化学计量数之比,然后根据质量守恒定律,再确定生成物的系数,生成物的化学计量数之比,即为它们的物质的量之比。
  例题分析:
  一、磷在氧气、氯气中燃烧
  [例题1]已知白磷与氧气可发生如下反应:P4 3O2=P4O6、P4 5O2=P4O10。现在某密闭容器中加入62g白磷和50.4L氧气(标准状况下),使之恰好完全反应,则所得的P4O6与P4O10的物质的量之比是( )。
  A.3∶1 B.2∶3 C.1∶3 D.1∶1
  解法一(常规解法)
  设用于生成P4O6的白磷为xmol,用于生成P4O10的白磷为ymol.则有
  n(P4)=[6231×4]=0.5mol n(O2)=[50.422.4]=2.25mol
  P4 3O2=P4O6 P4 5O2=P4O10
  1 3 1 1 5 1
  x 3x x y 5y y
  根据题意有[x y=0.53x 5y=2.25] 解之得[x=0.125moly=0.375mol]
  故生成P4O60.125mol,生成P4O100.375mol
  P4O6与P4O10的物质的量之比为x∶y=0.125∶0.375=1∶3
  故选答案C。
  解法二(技巧解法)
  分析:由于白磷燃烧实际产生P4O6与P4O10两种物质,那么这两种产物都应同时呈现在一个化学方程式中,反应物用量不同,产物比例有所不同。假如只有一种产物,则另一种物质化学计量数为零。所以可将题中两个方程式整合为一个方程式进行计算。
  P4 O2→ P4O6 _______P4O10
  n(P4)=[6231×4]=0.5mol n(O2)=[50.422.4]=2.25mol
  n(P4)∶n(O2)=0.5mol∶2.25mol=2∶9
  实际参加反应的白磷与氧气的物质的量之比为2∶9,也即为方程式中白磷与氧气的化学计量数之比,即
  2 P4 9 O2 → P4O6 ______P4O10
  反应物的化学计量数确定后,配平,就得到生成物的化学计量数,即
  2 P4 9 O2=[12]P4O6 [32]P4O10
  生成物的化学计量数之比为[12]∶[32]=1∶3,也是P4O6与P4O10物质的量之比,即
  n(P4O6)∶n(P4O10)=[12]∶[32]=1∶3
  故选答案(C)
  [例题2]0.2mol红磷在一定量的氯气中燃烧,其质量增加31.95克,所生成的PCl3与PCl5物质的量的关系是( )。
  A.1∶3 B.3∶1 C.1∶1 D.1∶2
  解法一(常规解法)略
  解法二(技巧解法)
  分析:红磷在氯气中燃烧质量增加31.95克即为参加反应的Cl 2的质量,涉及的反应:2P 3 Cl2(不足)= 2PCl3,2 P 5 Cl 2(充足)= 2PCl5,整合这两个反应,已知参加反应的各反应物的物质的量,可知反应物的计量数之比,进而求出生成物PCl3与PCl5的量的关系。
  P Cl 2 → PCl3 PCl5
  n(Cl2) =[31.9571] =0.45 mol
  n(P)∶n(Cl 2) =0.2 mol∶0.45 mol =4∶9
  实际参加反应的红磷与Cl2的物质的量之比为4∶9,即为方程式中反应物的化学计量数之比,有
  4 P 9 Cl 2 → PCl3 PCl5
  根据质量守恒定律,给方程式配平,得到
  4 P 9 Cl 2 = 1 PCl3 3 PCl5
  生成物PCl3与PCl5的化学计量数之比为1∶3,即为两物质的物质的量之比,
  n(PCl3)∶n(PCl5)=1∶3。
  故选答案(A)
  二、H2S气体在O2中燃烧
  [例题3]24mlH2S气体在30mlO2中燃烧,同温同压下,得到的SO2的体积为( )。
  A.24ml B.30ml C.20ml D.18ml
  解法一(常规解法)略
  解法二(技巧解法)
  分析:H2S气体燃烧可能产生S和SO2两种物质。O2不足,产物是S,SO2的计量数为零;O2充足,产物是SO2,S的计量数为零;O2介于之间,两种产物都有,S和SO2的计量数都不为零。
  H2S O2→ S SO2 ____H2O
  同温同压下,气体的体积比等于其物质的量之比,也即方程式中各物质的化学计量数之比。
  n(H2S)∶n(O2) =v(H2S)∶v(O2)=24ml∶30ml=4∶5   4 H2S 5 O2 → S SO2 H2 O
  根据守恒定律,给方程式配平,得到各产物的化学计量数,
  4 H2S 5 O2= 1 S 3 SO2 4 H2O
  故V(SO2) =3×6=18 ml
  选答案(D)
  注:利用技巧解法,越过了固体S的障碍,研究对象是气体,不需要换算单位,简化了大量计算,大大提高解题速度。
  推广:此方法适用所有类型H2S燃烧的相关计算,即①氧化产物全部是S;②氧化产物全部是SO2③氧化产物是S和SO2两种。
  三、CO2、SO2等酸性氧化物气体通入碱液中
  [例题4]将0.8molCO2气体通入1L1mol/L的NaOH溶液中,求所得溶液中碳酸根与碳酸氢根的物质的量之比。
  A.1∶3 B.3∶1 C.2∶3 D.1∶2
  解法一(常规解法)略
  解法二(技巧解法)
  分析:CO2气体通入过量的NaOH溶液,首先生成正盐,CO2 2NaOH=Na2CO3 H2O,随着CO2气体增多,正盐就会向酸式盐转变Na2CO3 CO2 H2O=2NaHCO3。根据题述事实,生成物有正盐和酸式盐两种,以上两个反应方程式可整合为一个总反应方程式,通过配平,求得物质之间量的关系。
  CO2 NaOH→ Na2CO3 NaHCO3 H2O
  参加反应的CO2和NaOH的物质的量之比为
  n (CO2)∶n(NaOH)=0.8mol∶1L× 1mol/L =4∶5
  即为反应物的化学计量数之比
  4 CO2 5 NaOH→ Na2CO3 NaHCO3 H2O
  根据守恒原则,给方程式配平,就得到产物的化学计量数
  4 CO2 5 NaOH= 1 Na2CO3 3 NaHCO3 1 H2O
  n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶3
  故n(CO32-)∶n(HCO3-)=1∶3
  选答案(A)
  注:象SO2、H2S等酸性气体通入碱液中的相关计算,都可用此方法进行计算。
  总之,由于反应物用量不同所导致的产物不同以及产物间的比例不同的该种类型题目,比如白磷、红磷在O2、Cl2中燃烧,H2S在O2中燃烧,CO2、SO2、H2S等酸性气体通入强碱性溶液中,NH3通入H2SO4、H3PO4溶液中等的相关计算,都可用此方法解决,快捷简便,可达到事半功倍的效果。
  [参 考 文 献]
  [1]杨玉琴.化学计算的学科本质及其教学[J].化学教学,2013(10).
  (责任编辑:张华伟)
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