化学计算中的转化策略

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1、化学计算方法 第 1 页 共 24 页成才1化学化学计计算中的算中的转转化策略化策略1. 由陌生转化为熟悉。在解题过程中，当接触到一个难以解决的陌生问题时，要以已有知识为 依据，将所要求解的问题与已有知识进行比较、联系，异中求同，同中求异， 将陌生转化为熟悉，再利用旧知识，解决新问题。例 1 现有 25的硫酸铜饱和溶液 300 克，加热蒸发掉 80 克水后，再冷 却到原来的温度，求析出 CuSO45H2O 多少克（已知 25时，CuSO4 的溶解 度为 20 克）。解析：结晶水合物的析晶计算难度大，是由于带有结晶水晶体的析出，会 导致溶剂水量的减少，从而使结晶水合物继续从饱和溶液中析出，这样依

2、次 重复，最终使晶体的总量趋向于定值。由此可见，结晶水合物的析出过程实 质上是无数次结晶的总结果。作为一个数学问题，这类题目可以应用无穷递 缩等比数列求和知识解决，但初中学生尚未学过，故对于学生来说是陌生的。 若仔细分析题意，可抓住析晶后的溶液仍为饱和溶液求解。原饱和溶液中溶质 CuSO4 的质量=300g20g/120g=50g。水的质量=300g50g=250g。设析出 CuSO45H2O 质量为 x.CuSO45H2O CuSO4 5H2O250 160 90x 160/250x 90/250x20g/100g=（50g160/250x）/（250g80g90/250x）解得 x=28.

3、2 克例 2 溶质质量分数为 3x和 x的两种硫酸等体积混合后，混合液中 溶质的质量分数是 （ ）A. 2x B. 大于 2xC. 小于 2x D. 无法计算解析：溶液等体积混合，求混合后溶液中溶质的质量分数，课本上无例题， 教师授课时也未必补充，题目新颖，陌生度大，似有无从下手之感。若把题中两种硫酸等体积混合想象成熟知的等质量混合（化陌生为熟悉），则混合 后溶液中溶质的质量分数为 2x。硫酸越浓，密度越大，故等体积混合时， 较浓硫酸的质量比混合溶液的质量一半要多，所以混合后溶液中溶质的质 量分数应大于 2x。答案：B。2. 由局部转化为整体。复杂的化学问题，往往是由几个小问题组合而成，若将这

4、些小问题孤立 起来，逐个分析解决，不但耗时费力，且易出错。如能抓住实质，把所求问题 转化为某一整体状态进行研究，则可简化思维程序，收到事半功倍之效。例 3 有一包 FeSO4 和 Fe2（SO4）3 的固体混合物，已测得含铁元素的 质量分数为 31，则混合物中硫元素的质量分数是_。解析：这是一道利用化学式计算物质中某元素质量分数的常见题。学生 熟知的解题模式是先分别求出两化合物中硫元素的质量，再相加得到混合 物中硫元素的质量，进而算出硫元素在混合物中的质量分数，但运算复杂， 计算量大。如果克服思维定势，开拓思路，把 S 和 O 组成的原子团（SO4）看 成一个整体（化局部为整体），由于铁元素占

5、混合物的质量分数为 31，则 另一部分（即 SO4），质量分数为 69，由于SO4 S96 96 3269% ？所以硫元素占混合物的质量分数为 6932/96=23。化学里常用的一些方法化学里常用的一些方法例 130mL 一定浓度的硝酸溶液与 5.12 克铜片反应,当铜片全部反应 完毕后,共收集到气体 2.24 升(S.T.P),则该硝酸溶液的物质的量浓度至少为A.9mol/L B.8mol/L C.5mol/L D.10mol/L解法一:因为题目中无指明硝酸是浓或稀,所以产物不能确定,根据铜 与硝酸反应的两个方程式:化学计算方法 第 2 页 共 24 页成才2(1)3Cu+8HNO3(稀)=

6、3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,(2)Cu+4HNO3(浓) =Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,可以设参与反应(1)的 Cu 为 xmol,则反应生成的 NO 气体为 2/3xmol,反应消耗的硝酸为 8/3xmol,再设参与反应(2)的 Cu 为 ymol,则反应生成的 NO2 气体为 2ymol,反应消耗的硝酸为 4ymol,从而可以 列出方程组:(x+y)*64=5.12,(2/3)x+2y*22.4=2.24,求得 x=0.045mol,y=0.035mol, 则所耗硝酸为 8/3x+4y=0.26mol,其浓度为(0.26/0.03)mol/L,在 8-9 之间,只能 选

7、 A.解法二:根据质量守恒定律,由于铜片只与硝酸完全反应生成 Cu2+, 则产物应为硝酸铜,且其物质的量与原来的铜片一样,均为 5.12/64=0.08 摩, 从产物的化学式 Cu(NO3)2 可以看出,参与复分解反应提供 NO3-的 HNO3 有 2*0.08=0.16 摩;而反应的气态产物,无论是 NO 还是 NO2,每一个分子都含 有一个 N 原子,则气体分子总数就相当于参与氧化还原反应的 HNO3 的摩 尔数,所以每消耗一摩 HNO3 都产生 22.4L 气体(可以是 NO 或 NO2 甚至是 两者的混合物),现有气体 2.24L,即有 0.1 摩 HNO3 参与了氧化还原反应,故 所

8、耗硝酸为 0.16+0.1=0.26 摩,其浓度为(0.26/0.03)mol/L,在 8-9 之间,只能选A.从以上两种方法可以看出,本题是选择题,只要求出结果便可,不论方 式及解题规范,而此题的关键之处在于能否熟练应用质量守恒定律,第二种方法运用了守恒法,所以运算量要少得多,也不需要先将化学方程式列出,配平, 从而大大缩短了解题时间,更避免了因不知按哪一个方程式来求硝酸所导致 的恐慌.再看下题:例 2在一个 6 升的密闭容器中,放入 3 升 X(气)和 2 升 Y(气),在一定 条件下发生下列反应:4X(气)+3Y(气) 2Q(气)+nR(气) 达到平衡后,容器内温 度不变,混和气体的压强

9、比原来增加 5%,X 的浓度减小 1/3,则该反应方程式 中的 n 值是A.3 B.4 C.5 D.6解法一:抓住“X 浓度减少 1/3”,结合化学方程式的系数比等于体积比, 可分别列出各物质的始态,变量和终态:4X 3Y 2Q nR始态 3L 2L 0 0变量 -1/3*3L=1L -3/4*1L=3/4L +2/4*1L=1/2L +n/4*1L=n/4L终态 3-1=2L 2-3/4=5/4L 0+1/2=1/2L 0+n/4=n/4L由以上关系式可知,平衡后(终态)混和气体的体积为(2+5/4+1/2+n/4) L 即(15+n)/4L,按题意“混和气体的压强比原来增加 5%“即(15

10、+n)/4-5=5*5%,求得 n=6.解法二:选用差量法,按题意“混和气体的压强比原来增加 5%“按题意 “混和气体的压强比原来增加 5%“,即混和气体的体积增加了 (2+3) *5%=0.25L,根据方程式,4X+3Y 只能生成 2Q+nR,即每 4 体积 X 反应,总体积 改变量为(2+n)-(4+3)=n-5,现有 1/3*3L=1L 的 X 反应,即总体积改变量为1L*(n-5)/4=0.25L,从而求出 n=6.解法三:抓住“混和气体的压强比原来增加 5%“,得出反应由 X+Y 开 始时,平衡必定先向右移,生成了 Q 和 R 之后,压强增大,说明正反应肯定是体 积增大的反应,则反应

11、方程式中 X 与 Y 的系数之和必小于 Q 与 R 的系数之 和,所以 4+35,在四个选项中只有 D 中 n=6 符合要求,为应选答案.本题考查的是关于化学平衡的内容.解法一是遵循化学平衡规律,按 步就班的规范做法,虽然肯定能算出正确答案,但没有把握住“选择题,不问过 程,只要结果“的特点,当作一道计算题来做,普通学生也起码要用 5 分钟完成, 花的时间较多.解法二运用了差量法,以含 n 的体积变量 (差量)来建立等式, 冉峡斓豱算出了的值,但还是未能充分利用选择题的“选择“特点,用时要 1 分 钟左右.解法三对平衡移动与体积变化的关系理解透彻,不用半分钟就可得出唯一正确的答案.由此可见,在

12、计算过程中针对题目特点选用不同的解题方法,往往有 助于减少运算过程中所消耗的时间及出错的机会,达到快速,准确解题的效果,而 运用较多的解题方法通常有以下几种:NextPage 1.商余法:这种方法主要是应用于解答有机物(尤其是烃类)知道分子量后 求出其分子式的一类题目.对于烃类,由于烷烃通式为 CnH2n+2,分子量为 14n+2,对应的烷烃基通式为 CnH2n+1,分子量为 14n+1,烯烃及环烷烃通式化学计算方法 第 3 页 共 24 页成才3为 CnH2n,分子量为 14n,对应的烃基通式为 CnH2n-1,分子量为 14n-1,炔烃及 二烯烃通式为 CnH2n-2,分子量为 14n-2

13、,对应的烃基通式为 CnH2n-3,分子量 为 14n-3,所以可以将已知有机物的分子量减去含氧官能团的式量后,差值除 以 14(烃类直接除 14),则最大的商为含碳的原子数(即 n 值),余数代入上述分 子量通式,符合的就是其所属的类别.例 3某直链一元醇 14 克能与金属钠完全反应,生成 0.2 克氢气,则此 醇的同分异构体数目为A.6 个 B.7 个 C.8 个 D.9 个由于一元醇只含一个-OH,每 mol 醇只能转换出 1/2molH2,由生成 0.2 克 H2 推断出 14 克醇应有 0.2mol,所以其摩尔质量为 72 克/摩,分子量为 72, 扣除羟基式量 17 后,剩余 55

14、,除以 14,最大商为 3,余为 13,不合理,应取商为 4, 余为-1,代入分子量通式,应为 4 个碳的烯烃基或环烷基,结合“直链“,从而推 断其同分异构体数目为 6 个.2.平均值法这种方法最适合定性地求解混合物的组成,即只求出混合 物的可能成分,不用考虑各组分的含量.根据混合物中各个物理量(例如密度, 体积,摩尔质量,物质的量浓度,质量分数等)的定义式或结合题目所给条件,可 以求出混合物某个物理量的平均值,而这个平均值必须介于组成混合物的各 成分的同一物理量数值之间,换言之,混合物的两个成分中的这个物理量肯定 一个比平均值大,一个比平均值小,才能符合要求,从而可判断出混合物的可 能组成.

15、例 4将两种金属单质混合物 13g,加到足量稀硫酸中,共放出标准状 况下气体 11.2L,这两种金属可能是A.Zn 和 Fe B.Al 和 Zn C.Al 和 Mg D.Mg 和 Cu将混合物当作一种金属来看,因为是足量稀硫酸,13 克金属全部反应 生成的 11.2L(0.5 摩尔)气体全部是氢气,也就是说,这种金属每放出 1 摩尔氢 气需 26 克,如果全部是+2 价的金属,其平均原子量为 26,则组成混合物的+2 价金属,其原子量一个大于 26,一个小于 26.代入选项,在置换出氢气的反应中,显 +2 价的有 Zn,原子量为 65,Fe 原子量为 56,Mg 原子量为 24,但对于 Al,

16、由于 在反应中显+3 价,要置换出 1mol 氢气,只要 18 克 Al 便够,可看作+2 价时其 原子量为 27/(3/2)=18,同样假如有+1 价的 Na 参与反应时,将它看作+2 价时其原子量为 23*2=46,对于 Cu,因为它不能置换出 H2,所以可看作原子量为无 穷大,从而得到 A 中两种金属原子量均大于 26,C 中两种金属原子量均小于26,所以 A,C 都不符合要求,B 中 Al 的原子量比 26 小,Zn 比 26 大,D 中 Mg 原子量比 26 小,Cu 原子量比 26 大,故 B,D 为应选答案.3.极限法.极限法与平均值法刚好相反,这种方法也适合定性或定量 地求解混合物的组成.根据混合物中各个物理量(例如密度,体积,摩尔质量,物 质的量浓度,质量分数等)的定义式或结合题目所给条件,将混合物看作是只 含其中一种组分 A,即其质量分数或气体体积分数为 100%(极大)时,另一组 分 B 对应的质量分数或气体体积分数就为 0%