1、化学计算组成推算平衡量计算含量检测样品量综算守恒法元素守恒电荷守恒电子转移守恒组成配比守恒平均法平均组成法平均式量法差量法质量差量体积差量物质的量差量专题十七 化学计算【备考策略】近三年的江苏高考题中，计算题主要出现在关NA的计算、有机物组成的定性分析、利用滴定法进行的样品中某物质含量测定、盖斯定律的运用。可以预见，2013年高考题中，有关NA的计算、盖斯定律的运用，仍然是高考的必考题，有关化学平衡、电离平衡为载体的计算，以化学实验为依托的关滴定法进行的某微粒含量的测定，在试题中出现的几率也很大。类型一、基础计算例1将一定质量的铁、氧化铁、氧化铜的混合物粉末放入100 mL4.40 mol/L
2、盐酸中，充分反应后产生896 mL H2(标准状况)，残留固体1.28 g。过滤，滤液中无Cu2+。将滤液加水稀释到200 mL，测得其中c(H+)为0.400 mol/L。则原混合物中单质铁的质量是 A2.4g B3.36g C5.60g D10.08g【考点透视】化学计算的常用方法和技巧方法规律与技巧差量法差量法是根据物质变化前后某种量发生变化的化学方程式或关系式，找出所谓“理论差量”，这个差量可以是质量差、气态物质的体积差、压强差，也可以是物质的量之差、反应过程中的热量差等。该法适用于解答混合物间的反应，且反应前后存在上述差量的反应体系。守恒法 化学反应的实质是原子间重新组合，依据质量守
3、恒定律在化学反应中存在一系列守恒现象，如：质量守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等，利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变，在配制或稀释溶液的过程中，溶质的质量不变。元素守恒即反应前后各元素种类不变，各元素原子个数不变，其物质的量、质量也不变。电荷守恒即对任一电中性的体系，如化合物、混和物、溶液等，电荷的代数和为零，即正电荷总数和负电荷总数相等。电子得失守恒是指在发生氧化还原反应时，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数，无论是自发进行的氧化还原反应还是原电池或电解池中均如此。关系式法实际化工生产中以及化学工作者进行科学研究时，往往涉及到多
4、步反应：从原料到产品可能要经过若干步反应；测定某一物质的含量可能要经过若干步中间过程。对于多步反应体系，依据若干化学反应方程式，找出起始物质与最终物质的量的关系，并据此列比例式进行计算求解方法，称为“关系式”法。利用关系式法可以节省不必要的中间运算步骤，避免计算错误，并能迅速准确地获得结果。用关系式解题的关键是建立关系式，建立关系式的方法主要有：1、利用微粒守恒关系建立关系式，2、利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式，3、利用方程式的加合建立关系式。平均值法所谓平均值法是一种将数学平均原理应用于化学计算的解题方法。它所依据的数学原理是：两个数Mr1和Mr2（Mr1大于Mr2）的算术平均值
5、Mr，一定介于两者之间。所以，只要求出平均值Mr，就可以判断出Mr1和Mr2的取值范围，再结合题给条件即可迅速求出正确答案。常见方法有：求平均原子量、平均式量、平均摩尔电子质量、平均组成等。极端假设法“极端假设法”是用数学方法解决化学问题的常用方法，一般解答有关混合物计算时采用，可分别假设原混合物是某一纯净物，进行计算，确定最大值、最小值，再进行分析、讨论、得出结论。讨论法有一类化学计算题，由于某一条件的不确定，结果可能是两个或两个以上，也可能在某个范围内取值，这类题需要用讨论的方法求解。常见的类型：1、讨论反应发生的程度；2、讨论反应物是否过量；3、讨论反应物或生成物的组成范围；4、讨论不定
6、方程的解。【变式训练1】（2012金陵中学模拟）某合金（仅含铜、铁）中铜和铁的物质的量之和为y mol，其中Cu的物质的量分数为a，将其全部投入50 mL b molL1的硝酸溶液中，加热使其充分反应（假设硝酸只被还原成NO）。下列说法正确的是A若金属有剩余，在溶液中再滴入硫酸后，金属不再溶解B若金属全部溶解后，再加入KSCN溶液，则溶液一定呈血红色C若金属全部溶解，且产生336 mL气体（标准状况），则b = 0.3 D当溶液中金属离子只有Fe3、Cu2时，则a与b的关系为：b80y(1)类型二、混合物含量计算例2四氧化三铁纳米微粒可用于涂料、油墨、隐身材料、磁记录、电极材料、催化剂等多领域
7、，实验室对四氧化三铁纳米微粒样品进行检测。一、定性检测：产品中铁元素价态检测试剂主要有：3mol/L硫酸、0.1mol/L氢氧化钠溶液、20%硫氰化钾溶液、0.01mol/L酸性高锰酸钾溶液、氯水 （其它用品任选）（1）请选用上述试剂完成下表 步骤操作现象、结论1取一定量3mol/L硫酸于试管中，加热煮沸去除溶解氧 2取少量产品于试管中加适量步骤1处理好溶液溶解，配成溶液固体溶解，溶液呈浅黄色3取少量步骤2配好溶液于试管中，滴加几滴20%硫氰化钾溶液，振荡 ，产品含有Fe3+4 ，产品含有Fe2+二、定量测定：(2)称取23.2g样品于烧杯中，加入加热煮沸后的稀硫酸充分溶解，并不断加热、搅拌，
8、待固体完全溶解后，向所得溶液中加入10.0 g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6 g。取滤液体积的1/10用浓度为0.200 molL1的酸性KMnO4滴定，至终点时消耗KMnO4溶液体积29.80mL。样品中Fe3+和Fe2+的物质的量之比为 。三、结果讨论（3）样品中Fe3+和Fe2+的物质的量之比略大于2：1的可能原因是 。【热点透视】定量实验中的分析处理实验测定方法含量测定质量测定：固体和液体称量、气体增重（通过液体或固体吸收）称量 体积测定：气体排液体（水、有机溶剂、溶液）测定物质的量浓度测定：滴定法数据处理有效数字：实际上能够测量到的数字，包括全部可靠数字及一位不确定数
9、字在内。计算结果要与小数点后位数最少的数一致。有效数据：定量实验中重复数据需要甄别，删除不合理数据。【变式训练2】（2012南京市二模）聚合硫酸铁的化学式可表示为Fea(OH)b(SO4)cm。取一定量聚合硫酸铁样品与足量盐酸反应，将所得溶液平均分为两等份。一份溶液中加入足量的BaCl2溶液，得到白色沉淀1.7475g。另一份溶液，加热煮沸后，滴加稍过量SnCl2溶液，使Fe3+还原为Fe2+，用甲基橙除去过量SnCl2。然后用0.02000 mol/L K2Cr2O7标准溶液滴定，到达滴定终点时共用去K2Cr2O7标准溶液50.00mL。计算聚合硫酸铁晶体中a、b、c的最简整数比。（已知：C
10、r2O72+6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O）类型三、流程题中的综合计算例3（2012扬州市三模）黄色固体聚合硫酸铁（SPFS）是一种重要的无机高分子絮凝剂，极易溶于水，作为工业和生活污水处理等领域具有重要的应用。SPFS可表示成Fex(OH)y(SO4)znH2O。工业上常用的一种制备流程为：绿矾NaClO3酸性介质水解、聚合减压蒸发SPFS在SPFS的多个质量指标中，盐基度是重要的质量指标之一，盐基度定义为：盐基度n(OH-)/3n(Fe)100% 。式中n(OH-)、n(Fe)分别表示固体聚合硫酸铁中OH和Fe的物质的量。试回答下列问题。（1）写出在酸性介质中用NaClO
11、3氧化FeSO47H2O的离子方程式。（2）取7.51 g某固体聚合硫酸铁溶解于水，向其中加入过量的BaCl2溶液到沉淀完全,经过滤、洗涤、干燥得白色沉淀10.48 g,向上述滤液中加入NH3H2O，调节溶液pH=6，经过滤、洗涤、干燥得Fe2O3固体2.80 g。试计算该固体聚合硫酸铁的盐基度。（3）计算出该固体聚合硫酸铁样品的化学式。【特别提醒】化学计算，需防下列错误出现：分子式写错 化学方程式写错或不配平或配平错 用关系式计算时，物质的量关系式不对 相对分子质量算错 讨论题，缺讨论过程 给出两种反应的量，不考虑一反应物过量（要有判断过程） 要求写出计算规范过程：解、设未知量、方程式或关系
12、式，计算比例关系、比例式主要计算过程、答、单位、的题目还要写出推理过程，不要省略步骤，计算过程要带单位。注意题中对效数字的隐性要求，如所给数据都为位效数字，或都为含小数点后两位小数的数据。【变式训练3】（2011苏南四市二模）某工厂用CaSO4、NH3、H2O、CO2制备(NH4)2SO4，其工艺流程如下：甲CaSO4悬浊液足量NH3适量CO2过滤乙滤液(NH4)2SO4提纯CaCO3煅烧生石灰CO2（循环使用）已知：Ksp(CaCO3)2.8109 ，硫酸钙悬浊液中CaSO4136kgm3，生产过程中CO2的利用率为90%，并测得滤液中c(CO32)为0.001 molL1。（1）甲中通入C
13、O2后发生反应的方程式为： 。（2）求Ksp(CaSO4) （忽略溶液体积变化）。（3）若每天用1000 m3的悬浊液，试计算： 可生产纯度为95%的(NH4)2SO4多少吨？ 还需要补充含90%CaCO3的大理石多少吨？（计算结果保留一位小数） 119.2 g Cu与适量浓HNO3反应，当铜全部反应后，共收集到标准状况下的气体11.2L(不考虑NO2转化为N2O4)，反应消耗的硝酸的物质的量可能是 A.1 mol B. 1.1 mol C2.2 mol D.2.4mol2（2011苏南四市二模）2.8gFe全部溶于一定浓度、200mL的HNO3溶液中，得到标准状况下的气体1.12L，测得反应
14、后溶液的pH为1。若反应前后溶液体积变化忽略不计，则下列有关判断正确的是 A反应前HNO3溶液的浓度为1.0molL1 B1. 12L气体是NO、NO2的混合气体C反应后溶液中c(NO3)0.85molL1 D反应后的溶液最多还能溶解1.82gFe3(2012南通一中模拟)联氨（N2H4）及其衍生物是一类重要的火箭燃料，N2H4与N2O4反应能放出大量的热。（1）25时，1.00 g N2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l)，放出19.14 kJ的热量。则反应2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(l)的H= kJmol-1。（2）17、1.011
15、05 Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c(NO2)=0.0300 molL-1、c(N2O4)=0.0120 molL-1。计算反应2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数K。（3）现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应，制得1.00 L已达到平衡的N2O4和NO2为混合气体（17、1.01105 Pa）,理论上至少需消耗Cu多少克？浸出H2SO4残渣含锌物料氧化、过滤H2O2Fe(OH)3S置换适量Zn残渣沉淀NH4HCO3CO2、H2O 过滤、洗涤 烘干、焙烧活性ZnO4（2011徐州二模）工业上用含锌物料（含FeO、CuO等杂质）制取活性ZnO的流程如下：（1）上述
16、流程中，浸出时用的是60% H2SO4（密度是1.5 g/cm3），如配制100 mL这种H2SO4溶液，则需要18.4 molL1的浓硫酸 mL（保留一位小数）。（2）加入氧化剂H2O2后，有Fe(OH)3沉淀出现，没有Cu(OH)2沉淀出现，若溶液中c(Fe3+)=2.61018 molL1，则溶液中c(Cu2+)的取值范围是 molL1。（已知KspFe(OH)3=2.61039，KspCu(OH)2=2.21020）（3）加入NH4HCO3后生成的沉淀是形态均为Zna(OH)b(CO3)c的（a、b、c都是正整数）两种碱式碳酸锌A、B的混合物，若A中a=5、b=6，则生成碱式碳酸锌A的
17、化学方程式为 。（4）取洗涤、烘干后的碱式碳酸锌A和B的混合物49.70 g（其物质的量为0.10 mol），高温焙烧完全分解得到37.26 g ZnO、3.584 L CO2（标准状况）和水，试通过计算求出碱式碳酸锌B的化学式。请使用“课后训练专题十七”活页练习，及时查漏补缺！专题十七化学计算【例1】C解析：n(H2)0.04mol，m(Cu)1.28g，n(CuO) n(Cu)0.02mol，剩余n(HCl)0.08mol，溶液中只有FeCl2，故溶液中的n(FeCl2) (0.44mol0.08mol) /20.18mol，根据电子得失守恒：2n(Fe)2n(Fe2O3)2n(CuO)2
18、n(H2)；根据元素守恒：n(Fe) 2n(Fe2O3)0.18mol，n(Fe)0.1mol，n(Fe2O3)0.04mol，m(Fe)5.6g。【变式训练1】D解析：金属反应后，溶液中一定含硝酸盐，再加硫酸，形成的硝酸一定会溶解铜或铁，选项A的说法错误；若金属全部溶解，溶液可能正好是Fe(NO3)2，则选项B错误；选项C中金属全部溶解，溶液中可能是Cu2和Fe2或Cu2和Fe3，则b应该是个范围，选项C错误；选项D中n(HNO3)0.05bmol ，则2n(Cu) 3n(Fe) 3n(NO) , n(NO) 2ay3(1a)y/3，作为常见参加反应的酸的硝酸为2ay3(1a)ymol，作为
19、氧化剂的硝酸是2ay3(1a)y/3，酸可能过量，故42ay3(1a)y/30.05b，解得 b80y(1)。【例2】(1) 溶液呈血红色取少量步骤2配好的溶液于试管中，滴加几滴0.01mol/L酸性高锰酸钾溶液，振荡高锰酸钾溶液紫红色颜色褪去(2) 20.98 (或10049)(3) 制备或测定过程中少量Fe2被氧化了(其他合理答案也可)解析：(1) 用KSCN溶液检验Fe3，用KMnO4溶液检验Fe3中含有Fe2。(2) Cu2Fe3=Cu22Fe2，n(Fe3)2n(Cu)0.2mol。酸性KMnO4滴定时得反应是5Fe2MnO，滤液的n(Fe2)5n(MnO) 50.200molL10
20、.029 8L100.298mol，故原来的Fe2是0.298mol0.2mol0.098mol, 原n(Fe3)/ n(Fe2)0.2mol/0.098mol2/0.98100/49。【变式训练2】n(SO)mol0.007 5moln(K2Cr2O2)0.050.020 00mol0.001moln(Fe2)n(K2Cr2O2)60.006moln(OH)n(SO)2n(Fe2)3n(OH)0.006mol30.075mol20.003molabc0.006mol0.003mol0.007 5mol425【例3】(1) 6Fe2ClO6H=6Fe3Cl3H2O(2) 14.29%(3) F
21、e35(OH)15(SO4)4554H2O解析：(2)n(Fe)2.80g/160gmol120.035mol，n(SO)10.48g /233gmol10.045mol，n(OH)3n(Fe)2n(SO)30.03520.0450.015mol ，盐基度n(OH)/3n(Fe)100% 0.015mol/(30.035mol) 100%14.29%。(3) n(H2O)(7.51g0.035mol56gmol 10.045mol96gmol10.015mol17gmol1)/18gmol10.054mol。化学式： Fe35(OH)15(SO4)4554H2O。【变式训练3】(1) CaSO
22、42NH3CO2H2O=CaCO3(NH4)2SO4(2) 2.8106(3) 138.9t 12.4t解析：(1) 反应物是CaSO4、2NH3、CO2，结合水书写化学方程式。(2) c(Ca2) Ksp(CaCO3)/ c(CO)2.8106mol/L，反应后的(NH4)2SO4浓度和硫酸钙悬浊液的浓度相等，则c(SO) 136gL1136g/mol1.0mol/L。则Ksp(CaSO4)c(Ca2)c(SO)2.8106。(3) 设可生产纯度为95%的(NH4)2SO4的质量为x。CaSO4(NH4)2SO4136132136t0.95x x138.9t 每天需CO2为(1 0001)k
23、mol /0.91 112.2 kmol，则需补充90%的CaCO3为112.2100103/0.912.4t。随堂训练1. B解析：n(气体)0.5mol，n(HNO3)氧化剂0.5mol，n(HNO3)酸2n(Cu)0.6mol，n(HNO3)总1.1mol。2. CD解析：n(Fe)0.05mol，硝酸剩余，溶液中的溶质是HNO3和Fe(NO3)3，n(e)0.15mol，n(气体)0.05mol，则1.12L气体是NO，选项B错误；反应后c(NO)3c(Fe3)c(H)0.85molL1，选项C正确；反应前n(HNO3)0.85mol/L0.2L0.05mol0.22mol，c(HNO
24、3)1.1mol/L，选项A错误；反应后n(HNO3)后0.02mol，nFe(NO3)30.05mol，若用铁溶解在剩余溶液，则最后溶液溶质只有Fe(NO3)2，根据反应3Fe8HNO3=3Fe(NO3)22NO4H2O，Fe2Fe(NO3)3=2Fe(NO3)2，溶解的铁的物质的量是0.02mol3/80.05mol/20.032 5mol，质量是1.82g，选项D正确。3. (1) 1 224.96(2) 13.3(3) 1.728g解析：(1) n(N2H4)0.031 25mol，则H19.14 20.031 25kJmol11 224.96kJmol1。(2) 根据题意知平衡时，c
25、(N2O4)0.012 0mol/L，c(NO2)0.03mol/L，K13.3。(3) 依据(2)反应后的气体中，n(NO2) 0.030 0mol，n(N2O4)0.012 0mol，根据电子转移相等，2n(Cu)n(NO2)2n(N2O4)，n(Cu)0.027mol，m(Cu)1.728g。4. (1) 49.9(50.0也可)(2) 2.2106 (3) Zn4(OH)6CO3(3) 5ZnSO4 10NH4HCO3=Zn5(OH)6(CO3)2 5(NH4)2SO4 8CO2 2H2O(4) Zn4(OH)6CO3解析：(1) 18.4mol/L98g/molV(H2SO4)100
26、mL1.5g/cm360%，V(H2SO4)0.049 9L49.9mL。(2) 根据Fe(OH)3沉淀出现，c(OH)107mol/L，因此c(Cu2)Kspc(OH)2/c2(OH)2.2106mol/L。(3) 由流程图可知，反应物是ZnSO4 和NH4HCO3，产物至少有Zn5(OH)6(CO3)2和CO2，根据元素守恒判断还有(NH4)2SO4 产物，配平判断还有水生成。(4) 依题意，0.1mol混合物完全分解得到ZnO、CO2、H2O的物质的量分别为0.46mol、0.16mol、0.3mol，可知1mol 混合物中含4.6mol Zn、1.6mol C、6mol H；又知1mol A中含H为6mol、含C为2mol，则1mol B中含H为6mol、含C为1mol；所以B的化学式可以表示为Znx(OH)6CO3，由化合价代数和为0可得x4，即B的化学式为Zn4(OH)6CO3。
