化学竞赛专题辅导7：根据化学方程式的计算

化学竞赛专题辅导7：根据化学方程式的计算

1 专题辅导七：根据化学方程式的计算 [内容综述] 本期内容主要讲解有关化学反应方程式的计算。化学反应方程式的计算知识要点主要包 括： （1）根据化学反应方程式计算反应物和生成物间的质量比。 （2）掌握纯或不纯原料（或产品）的有关计算及混合物参加反应的计算 （3）有关多步反应的计算 （4）有关过量问题的计算。而在最近几年的化学竞赛试题可以看出最后一道或两道计算题 都是有关化学方程式的计算，因此化学方程式的计算占有相当重要的地位。另外，竞赛题中 所出现的试题绝大多数需要运用一些技巧进行计算。为此，本期主要从化学竞赛中常用的巧 解方法进行剖析，供大家参考。 [要点讲解] 一、运用质量守恒法巧解复杂的化学反应的计算。 【例 1】有一在空气中暴露过的 KOH 固体，经分析测得其中含水 2.8%,K2CO337.3%.取 1 克样品投入质量分数为 18.25%的盐酸 10 克后，中和多余酸又用去 18.5%的 KOH 溶液 10 克。 问蒸发以后的溶液得到多少克固体？ 【解析】本题若用常规的解法难度极大，通常按照如下解题过程进行：（1）求出 1 克 样品中 K2CO3 的质量；（2）求出 1 克样品中 KOH 的质量；（3）算出 K2CO3 生成 KCl 质量；（4） 算出由 KOH 生成 KCl 的质量（5）算出过量盐酸和 KOH 反应生成 KCl 的质量（6）求出 KCl 的总质量。如果抛开那些繁杂的数据，经过仔细分析不难看出，无论是 KOH 还是 K2CO3，与 盐酸反应最终均生成 KCl。因此抓住氯元素反应前后守恒，即：盐酸中氯元素的质量与 KCl 中氯元素的质量守恒。则有：(设蒸发后得到 KCl 固体的质量为 X) HCl------------ KCl 74.5 10 克×18.25% x 解得： x==10 克×18.25%×74.5/36.5==3.725 克 二、运用平均值法巧解化学反应方程式的计算。 【例 2】取 10 克混合物与足量盐酸盐酸充分反应，有可能产生 4.4 克二氧化碳的是（ ） A.K2CO3 和 MgCO3 B．Na2CO3 和 CaCO3 C．MgCO3 和 BaCO3 D．Na2CO3 和 K2CO3 【解析】本题涉及到许多碳酸盐与稀盐酸的化学反应，可以利用平均式量的方法求解。 设碳酸盐的化学式为 MCO3，式量为Ａ，则其与盐酸反应的化学方程式为： MCO3+2HCl==MCl2+H2O+CO2 A 44 10 克 4.4 克 A/10 克==44/4.4 克 A==100 由计算可知碳酸盐的平均式量为 100，即两种碳酸盐的式量的平均值能为 100 的选项均 符合题意。要求一种碳酸盐的式量大于 100，另一种碳酸盐的式量小于 100 即可。对照选项， A 和 C 选项均符合题意。 三、运用关联式法巧解多步化学反应的计算。 2 【例 3】工业上常用漂白粉[Ca(ClO2)+CaCl2]与稀硫酸反应放出氯气的质量除以漂白粉 的质量所得的百分比（x%）来表示漂白粉的质量优劣。已知漂白粉与稀硫酸的反应化学方程 式为： Ca(ClO2)2+CaCl2+2H2SO4==2CaSO4+2Cl2 +2H2O 现为了测定有一瓶漂白粉的 X%，进行了如下实验：称取 2 克该漂白粉样品，加水溶解 配成 250 毫升溶液。从中取出 25 毫升该溶液到入一只烧杯中。在该烧杯中加入适量的碘化 钾（KI）溶液和过量的稀硫酸，待漂白粉与稀硫酸反应放出的氯气全部和 KI 反应后，生成 I2 恰好被 31.6 克质量分数为 1%的硫代硫酸钠（Na2S2O3）溶液消耗完。有关反应式为： Cl2+2KI==2KCl+I2 2Na2S2O3+I2==Na2S4O6+2NaI 试计算该漂白粉的 X%。 【解析】本题属多步反应题的计算。最简捷的解题方法就是根据题意写出题中连续反应 的各步化学方程式，然后找出已知量和未知量之间的关系式： 设 25 毫升溶液中含 Cl2 质量 X。 依据反应方程式：Cl2+2KI==2KCl+I2 2Na2S2O3+I2==Na2S4O6+2NaI 得如下关联式： Cl2 ~ I2 ~ 2Na2S2O3 316 X 31.6× 1%克 列比例式求解得：X==0.071 克 则 250 毫升溶液中含氯气为：0.071 克×250 毫升/25 毫升==0.71 克 故漂白粉 X%=0.71 克/2 克×100%==35.5% 四、运用特殊值法巧解无数据的化学方程式的计算。 【例 3】向 KI 溶液中加入 AgNO3 溶液直到刚好沉淀完全为止，反应后溶液的质量恰好 等于原碘化钾溶液中溶质的质量，则该 AgNO3 溶液中溶质的质量分数为 。 注：KI + AgNO3 == AgI↓ + KNO3 【解析】 根据化学方程式 KI + AgNO3 == AgI↓ + KNO3 可知，有 1 分子 KI 和 1 分子 AgNO3 反应，生成 1 分子 AgI 沉淀。又根据题意可知：1 分子 AgI 的质量等于含 1 分子 AgNO3 的硝酸银溶液的质量。即：硝酸银溶液的质量数值上等于 AgI 的式量==235 硝酸银溶液中溶质的质量数值上等于 AgNO3 的式量==170 因此，AgNO3 溶液中溶质的质量分数为 170 / 235×100% == 72.3% [能力训练] 1．由 X、Y、Z 三种物质各 10 克组成的混合物，加热使其充分反应，反应后的物质中 有 16 克 Z，8 克新物质 M 和若干克 X，则 X 和 Y 反应的质量比是（ ） A．1：1 B．1：3 C．2：5 D．3：5 ★2.5.85 克 NaCl 样品（其中混有少量下列某种盐类）。当它与足量的硝酸银充分反应 后，得到沉淀 14.4 克。则可能混入的盐是（ ） A．KCl B．CaCl2 C．BaCl2 D．MgCl2 ★★3.在含 1.17 克 NaCl 和 0.84 克 NaF 的溶液中，加入过量的 AgNO3 溶液，产生 2.87 克沉淀，由此可以推断（ ） A．AgF 难溶于水 B．NaCl 全部参加反应 C．NaF 全部参加反应 D．NaF 和 AgNO3 不反应 3 ★★4.在天平两端各放置一个盛有等质量、等溶质质量分数的盐酸的烧杯，把天平调至 平衡。在左边烧杯中放入 3.6 克铝粉，为了使天平平衡，在右边的烧杯中应该放入镁粉的质 量为（ ）克。 A．3.6 B．3.5 C．3.49 D．3.7 ★★5.已知同温、同压下，相同体积的任何气体，都含有相同数目的分子。现有 a 升 H2 与 CO 的混合气体，完全燃烧后用去 a/2 升 O2，则在 H2 和 CO 的混合气体中，两种气体 的体积比是（ ）。 A．2：1 B．1：2 C．1：1 D．任意比 ★★★6. 已知同温、同压下，相同体积的任何气体，都含有相同数目的分子。在一个 密闭容器中盛有 H2、O2、Cl2 组成的混合气体。通过电火花引爆后，三种气体恰好完全反应。 经充分冷却后，所得溶液中溶质的质量分数为 33.4%，则原混合气体中 H2、O2、Cl2 分子数 目简单整数比是（ ） A．1：1：1 B．3：2：1 C．1：2：3 D．9：4：1 ★★7.取一定质量的 MnO2 和 KClO3 的混合物共热制取氧气，开始时 MnO2 在混合物中 的质量分数为 20%，加热一段时间后，MnO2 的质量分数变为 25%，则 KClO3 的分解率为多 少？ ★★8.锌粉、铝粉、铁粉、镁粉的混合物 a 克与一定质量的质量分数为 25%的稀硫酸恰 好完全反应，蒸发水分后得到固体 c（不含结晶水）b 克。求反应过程中生成氢气多少克？ ★★★9.今有由氢氧化钠、碳酸氢钠和与其它物质都不反应，受热也不分解的杂质组成 的固体混合物共 17.11 克。将此混合物放入密闭容器中加热至 250°C，经充分反应后，将生 成的气体通入过量的澄清石灰水中，得到 2.500 克白色沉淀。当容器中的残留固体冷却到室 温后，全部溶于水制成 50.00 毫升溶液，从中取出 10.00 毫升溶液，恰好可以与含 1.825 克 HCl 的盐酸溶液 25.00 毫升中和至中性。求原混合物中杂质的质量分数。 【能力训练答案及提示】 1．C．提示：依题意可知 X、Y、Z 三种物质各 10 克，则总质量为 30 克，根据质量守恒 定律可知反应后还有 X 的质量为：30 克-16 克-8 克==6 克，则参加反应 X 的质量为： 10 克-6 克==4 克，反应的 Y 的质量为 10 克。故：X 和 Y 反应的质量比为：4 克/10 克==2/5。 2．B、D．提示：此题可以假设 5.85 克全部为 NaCl 的质量，与硝酸银反应后根据化学 方程式计算出产生 AgCl 的质量为 14.35 克。而题中所给沉淀的质量数据为 14.4 克，则可知 混有的盐类物质中含有氯元素的质量分数一定大于 NaCl 中氯元素的质量分数。对比选项， 运用比较技巧的方法，可迅速的推断出 B 和 D 选项中的氯元素的质量分数大于 NaCl 中氯元 素的质量分数。 3．B、D．提示：依题意可假设 1.17 克 NaCl 全部参加反应，求出生成 AgCl 的质量刚好 为 2.87 克，由此可以推断：AgF 完全溶于水，且 NaF 和 AgNO3 不发生反应。 4．C．提示：解答有关天平平衡问题，关键抓住天平两端增重的净质量相等。对于本 题来说，即：镁、铝和盐酸反应后均有氢气产生，要使天平平衡，即加入的镁、铝质量减去 各自分别产生氢气的质量应相等，可借助差量法计算。 5．D．提示及分析：写出 H2、CO 分别在氧气中燃烧的化学反应方程式可以看出： 2H2+O2=2H2O ；2CO+O2=2CO2，两个反应方程式反应物和生成物的系数均相同，由题中所 给信息（同温、同压下，相同体积的任何气体，都含有相同数目的分子），两种气体无论体 积比为何值，消耗氧气的体积均为混合气体总体积的一半。故答案为：D。 6．D．提示：本题涉及两个反应方程式，即：H2+Cl2=2HCl 2H2+O2=2H2O，所生成的 氯化氢气体溶在所生成的水中，得到盐酸溶液，可设 Cl2 的体积为 X，O2 的体积为 Y，则依 4 据化学方程式可求与 Cl2 反应 H2 的体积为 X，与 O2 反应的体积为 2Y，生成 HCl 的体积为 2X，生成 H2O 的体积为 2Y ，由所得溶液的溶质的质量分数为 33.4%，可得 X 与 Y 的关系， 再由同温同压下，气体得体积比等于其分子数目之比可以求解 7．63.8%.提示及分析：本题关键抓住 MnO2 的质量在反应前后质量一定，可设反应前混 合物的质量为 m，根据前后 MnO2 的质量分数列方程求解 8．（b-a）/48。提示：解题方法可参考例 1 利用守恒关系： H2SO4～SO4 2-～H2 96 2 b-a x 解得:x==2(b-a)/96==(b-a)/48 9．2.98%.提示：由题意可知：NaHCO3 过量，NaOH 和 CO2 反应和与 NaOH 与 NaHCO3 反应所 生成的 Na2CO3 总质量是不变得，因此只考虑 NaOH 与 NaHCO3 得反应。有关反应方程式如下： NaOH+NaHCO3==Na2CO3+H2O ；2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2 ；CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2 +H2O 依题意可参考例 3 解题方法，运用关联式巧解多步 计算