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化学计算是初中化学的重要内容,也是中考的必考知识点。随着新课标的实施,化学计算打破了原有命题模式,以灵活多样的形式呈现出来。其中,表格型、图像型、标签型、自编自解型计算题成了化学计算的四大主流题型,出现的频率相当高,尤其是前三种题型,占到整个化学计算题类型的八成左右。下面举例分析。
一、表格型计算题
表格型计算题的特点是,信息以表格的形式呈现,且数据之间具有一定的关联。表格型计算题提供的数据通常较多,若不加分析就轻易代入,就会导致错解。
例1(2008年山东潍坊考题)某化学研究小组对当地的石灰石样品进行研究:称取石灰石样品8 g,把40 g稀盐酸分4次加入样品中,测得实验数据见下表(假设石灰石样品中的杂质不溶于水、不与盐酸反应,二氧化碳不溶解)。
(1)第4次剩余物质的质量m=g;
(2)石灰石样品中CaCO3的质量分数为 ;
(3)计算稀盐酸的溶质质量分数。
解析:(1)第1次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为8 g-5.5 g=2.5 g;第2次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为5.5 g-3 g=2.5 g;第3次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为3 g-1.6 g=1.4 g。分析上述计算结果可知:第1、2次所加稀盐酸完全反应;第3次所加稀盐酸有剩余,样品中CaCO3已完全反应,剩余固体为不与盐酸反应的杂质,显然m=1.6 g。
(2)8 g石灰石样品中含CaCO3的质量为:8 g-1.6 g=6.4 g,则样品中CaCO3的质量分数为: ×100%=80%。
(3)以第1次加入稀盐酸的数据计算,设10 g稀盐酸中含HCl的质量为m,
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
100 73
2.5 gm
稀盐酸的溶质质量分数: ×100%=18.25%。
点拨:表格型计算题的解答要领是,结合反应的化学方程式,弄清每个数据代表的是何种物质的量,再通过组与组之间数据的比较,判断每组实验中哪种物质已完全反应,哪种物质还有剩余,只有完全反应的物质的量才能参与计算。如本题中之所以不能用第3次的实验数据计算稀盐酸的溶质质量分数,是因为第3次所加稀盐酸没有完全反应。
二、图像型计算题
图像型计算题的特点是将实验数据标注在图像中,而题干中出现的数据较少,不足以满足解题的需要。图像型计算题通常涉及到不同物质之间发生的多个化学反应,且各反应之间存在着紧密联系。
例2(2008年山东烟台考题)在化学实验技能考试做完“二氧化碳的制取和性质”实验后,废液桶中有大量的盐酸与氯化钙的混合溶液(不考虑其他杂质)。为避免污染环境并回收利用废液,化学兴趣小组做了如下实验:取废液桶上层清液共11.88 kg,向其中加入溶质质量分数为21.2%的碳酸钠溶液。所得溶液pH与加入的碳酸钠溶液的质量关系如图1所示。
(1)观察图像可知,当碳酸钠溶液质量加到 kg时,废液恰好处理完(盐酸与氯化钙的混合溶液完全转化成氯化钠溶液);
(2)此时所得溶液能否用于该校生物兴趣小组的小麦选种(选种液要求氯化钠的溶质质量分数在10%~20%之间)?请通过计算回答。
解析:当加入的Na2CO3溶液与盐酸恰好完全反应时,废液由酸性(pH<7)变成中性(pH=7)。继续滴加Na2CO3溶液,它又会与CaCl2反应生成CaCO3沉淀和NaCl,废液仍然呈中性。因Na2CO3溶液显碱性,在盐酸、CaCl2相继反应结束后若继续滴入Na2CO3溶液,废液将由中性转变为碱性(pH>7)。
(1)由上图可以看出,与盐酸反应的Na2CO3溶液的质量是10 kg,与CaCl2反应的Na2CO3溶液的质量是5 kg(即15 kg-10 kg),处理废液共用去Na2CO3溶液15 kg。
(2)设Na2CO3与盐酸反应生成NaCl的质量为x1,生成CO2的质量为y1
2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑
106117 44
10 kg×21.2% x1 y1
=,解得x1=2.37kg;
=,解得y1=0.88kg。
又设Na2CO3与CaCl2应生成NaCl的质量为x2,生成CaCO3的质量为y2
CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3↓
106 117 100
5 kg×21.2%x2y2
=,解得x2=1.17kg;
=,解得y2=1kg。
废液恰好处理完时,所得溶液的总质量为:11.88 kg+15 kg-0.88 kg-1kg=25 kg。
溶液中NaCl的质量分数为: ×100%=14.04%。
因为所得溶液中NaCl的质量分数为14.04%,在10%~20%之间,符合选种液的要求,所以能用于小麦选种。
点拨:只有掌握化学反应原理,理清反应的先后顺序,才能正确解答图像型计算题。就本题而言,必须弄清“起点”、“折点”、“终点”的含义,在求所得溶液中NaCl的质量分数时,不能仅考虑Na2CO3与盐酸的反应而遗漏Na2CO3与CaCl2的反应,即不能把“折点”当“终点”,否则,计算出的结果将比实际含量偏低。
三、标签型计算题
标签型计算题的特点是将化学计算与生产生活及化学实验相结合,试题所要提供的信息大多标注在标签(或说明书)上。标签型计算题是新课标实施后出现的新题型,侧重于阅读能力及分析能力的考查。
例3(2008年重庆考题)钙是维持人体正常功能所必须的元素,右图所示为某种补钙剂“钙尔奇”说明书的一部分,取1片“钙尔奇”,放入盛有10 g稀盐酸的烧杯中,其中的碳酸钙跟稀盐酸恰好完全反应(其他成分与稀盐酸不反应),烧杯内物质的质量为11.34 g。请你计算:
(1)每片“钙尔奇”中含碳酸钙的质量;
(2)使用这种补钙剂,每人每天摄入钙元素的质量;
(3)所用稀盐酸中溶质的质量分数。
解析:从“钙尔奇”的说明书中获得以下信息:“钙尔奇”的主要成分是CaCO3,且1片“钙尔奇”的质量为2 g。“钙尔奇”的用量是一日2次,每次1片。
(1)根据质量守恒定律计算,1片“钙尔奇”与稀盐酸完全反应产生CO2的质量为:10 g+2 g-11.34 g=0.66 g。
设1片“钙尔奇”中含CaCO3的质量为x,参加反应的HCl的质量为y。
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
1007344
xy 0.66 g
=,解得x=1.5g;
=,解得y=1.095g。
(2)每天服用的“钙尔奇”中含CaCO3的质量为:1.5 g×2=3 g。
每人每天摄入钙元素的质量为:
3g××100%=1.2g。
(3)所用稀盐酸中溶质的质量分数:×100%=10.95%。
点拨:此类题在题干中给出的条件往往不够完整,仅凭题干中的数据一般不足以解决问题。如本题的题干只给出稀盐酸的质量及反应后烧杯内物质的质量,明显还缺少其他条件,而“钙尔奇”的质量及“钙尔奇”的用量等关键信息要到标签中去搜集、寻找。
四、自编自解型计算题
自编自解型计算题的特点是以图片或文字的形式给出数据,提供较少的信息,不告知未知数,要求自编题目、自行求解。自编自解型计算题突出考查自主学习能力和创新思维能力。
例4(2008年湖北咸宁考题)请根据下图提示,自编一道简单的计算题,并解答。
解析:从图示可以看出,本题涉及Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑这一化学反应,并且生成H2的质量是0.2 g。根据H2的质量既可以计算反应物Zn和HCl的质量,也可以计算另一种生成物ZnCl2的质量,编制题目的灵活性相当大。(解题过程略)
点拨:编制题目时可充分体现自主性和开放性,但不能自行添加数据,此外,解答必须规范、严谨,如正确书写化学方程式,正确设未知数,正确列式并求出答案,正确解答。
一、表格型计算题
表格型计算题的特点是,信息以表格的形式呈现,且数据之间具有一定的关联。表格型计算题提供的数据通常较多,若不加分析就轻易代入,就会导致错解。
例1(2008年山东潍坊考题)某化学研究小组对当地的石灰石样品进行研究:称取石灰石样品8 g,把40 g稀盐酸分4次加入样品中,测得实验数据见下表(假设石灰石样品中的杂质不溶于水、不与盐酸反应,二氧化碳不溶解)。
(1)第4次剩余物质的质量m=g;
(2)石灰石样品中CaCO3的质量分数为 ;
(3)计算稀盐酸的溶质质量分数。
解析:(1)第1次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为8 g-5.5 g=2.5 g;第2次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为5.5 g-3 g=2.5 g;第3次加入10 g稀盐酸,参加反应的CaCO3的质量为3 g-1.6 g=1.4 g。分析上述计算结果可知:第1、2次所加稀盐酸完全反应;第3次所加稀盐酸有剩余,样品中CaCO3已完全反应,剩余固体为不与盐酸反应的杂质,显然m=1.6 g。
(2)8 g石灰石样品中含CaCO3的质量为:8 g-1.6 g=6.4 g,则样品中CaCO3的质量分数为: ×100%=80%。
(3)以第1次加入稀盐酸的数据计算,设10 g稀盐酸中含HCl的质量为m,
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
100 73
2.5 gm
稀盐酸的溶质质量分数: ×100%=18.25%。
点拨:表格型计算题的解答要领是,结合反应的化学方程式,弄清每个数据代表的是何种物质的量,再通过组与组之间数据的比较,判断每组实验中哪种物质已完全反应,哪种物质还有剩余,只有完全反应的物质的量才能参与计算。如本题中之所以不能用第3次的实验数据计算稀盐酸的溶质质量分数,是因为第3次所加稀盐酸没有完全反应。
二、图像型计算题
图像型计算题的特点是将实验数据标注在图像中,而题干中出现的数据较少,不足以满足解题的需要。图像型计算题通常涉及到不同物质之间发生的多个化学反应,且各反应之间存在着紧密联系。
例2(2008年山东烟台考题)在化学实验技能考试做完“二氧化碳的制取和性质”实验后,废液桶中有大量的盐酸与氯化钙的混合溶液(不考虑其他杂质)。为避免污染环境并回收利用废液,化学兴趣小组做了如下实验:取废液桶上层清液共11.88 kg,向其中加入溶质质量分数为21.2%的碳酸钠溶液。所得溶液pH与加入的碳酸钠溶液的质量关系如图1所示。
(1)观察图像可知,当碳酸钠溶液质量加到 kg时,废液恰好处理完(盐酸与氯化钙的混合溶液完全转化成氯化钠溶液);
(2)此时所得溶液能否用于该校生物兴趣小组的小麦选种(选种液要求氯化钠的溶质质量分数在10%~20%之间)?请通过计算回答。
解析:当加入的Na2CO3溶液与盐酸恰好完全反应时,废液由酸性(pH<7)变成中性(pH=7)。继续滴加Na2CO3溶液,它又会与CaCl2反应生成CaCO3沉淀和NaCl,废液仍然呈中性。因Na2CO3溶液显碱性,在盐酸、CaCl2相继反应结束后若继续滴入Na2CO3溶液,废液将由中性转变为碱性(pH>7)。
(1)由上图可以看出,与盐酸反应的Na2CO3溶液的质量是10 kg,与CaCl2反应的Na2CO3溶液的质量是5 kg(即15 kg-10 kg),处理废液共用去Na2CO3溶液15 kg。
(2)设Na2CO3与盐酸反应生成NaCl的质量为x1,生成CO2的质量为y1
2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑
106117 44
10 kg×21.2% x1 y1
=,解得x1=2.37kg;
=,解得y1=0.88kg。
又设Na2CO3与CaCl2应生成NaCl的质量为x2,生成CaCO3的质量为y2
CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3↓
106 117 100
5 kg×21.2%x2y2
=,解得x2=1.17kg;
=,解得y2=1kg。
废液恰好处理完时,所得溶液的总质量为:11.88 kg+15 kg-0.88 kg-1kg=25 kg。
溶液中NaCl的质量分数为: ×100%=14.04%。
因为所得溶液中NaCl的质量分数为14.04%,在10%~20%之间,符合选种液的要求,所以能用于小麦选种。
点拨:只有掌握化学反应原理,理清反应的先后顺序,才能正确解答图像型计算题。就本题而言,必须弄清“起点”、“折点”、“终点”的含义,在求所得溶液中NaCl的质量分数时,不能仅考虑Na2CO3与盐酸的反应而遗漏Na2CO3与CaCl2的反应,即不能把“折点”当“终点”,否则,计算出的结果将比实际含量偏低。
三、标签型计算题
标签型计算题的特点是将化学计算与生产生活及化学实验相结合,试题所要提供的信息大多标注在标签(或说明书)上。标签型计算题是新课标实施后出现的新题型,侧重于阅读能力及分析能力的考查。
例3(2008年重庆考题)钙是维持人体正常功能所必须的元素,右图所示为某种补钙剂“钙尔奇”说明书的一部分,取1片“钙尔奇”,放入盛有10 g稀盐酸的烧杯中,其中的碳酸钙跟稀盐酸恰好完全反应(其他成分与稀盐酸不反应),烧杯内物质的质量为11.34 g。请你计算:
(1)每片“钙尔奇”中含碳酸钙的质量;
(2)使用这种补钙剂,每人每天摄入钙元素的质量;
(3)所用稀盐酸中溶质的质量分数。
解析:从“钙尔奇”的说明书中获得以下信息:“钙尔奇”的主要成分是CaCO3,且1片“钙尔奇”的质量为2 g。“钙尔奇”的用量是一日2次,每次1片。
(1)根据质量守恒定律计算,1片“钙尔奇”与稀盐酸完全反应产生CO2的质量为:10 g+2 g-11.34 g=0.66 g。
设1片“钙尔奇”中含CaCO3的质量为x,参加反应的HCl的质量为y。
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
1007344
xy 0.66 g
=,解得x=1.5g;
=,解得y=1.095g。
(2)每天服用的“钙尔奇”中含CaCO3的质量为:1.5 g×2=3 g。
每人每天摄入钙元素的质量为:
3g××100%=1.2g。
(3)所用稀盐酸中溶质的质量分数:×100%=10.95%。
点拨:此类题在题干中给出的条件往往不够完整,仅凭题干中的数据一般不足以解决问题。如本题的题干只给出稀盐酸的质量及反应后烧杯内物质的质量,明显还缺少其他条件,而“钙尔奇”的质量及“钙尔奇”的用量等关键信息要到标签中去搜集、寻找。
四、自编自解型计算题
自编自解型计算题的特点是以图片或文字的形式给出数据,提供较少的信息,不告知未知数,要求自编题目、自行求解。自编自解型计算题突出考查自主学习能力和创新思维能力。
例4(2008年湖北咸宁考题)请根据下图提示,自编一道简单的计算题,并解答。
解析:从图示可以看出,本题涉及Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑这一化学反应,并且生成H2的质量是0.2 g。根据H2的质量既可以计算反应物Zn和HCl的质量,也可以计算另一种生成物ZnCl2的质量,编制题目的灵活性相当大。(解题过程略)
点拨:编制题目时可充分体现自主性和开放性,但不能自行添加数据,此外,解答必须规范、严谨,如正确书写化学方程式,正确设未知数,正确列式并求出答案,正确解答。