發(fā)展素養(yǎng)(三)　模型認(rèn)知——化學(xué)計(jì)算的常用方法
探究點(diǎn)1　守恒法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用探究點(diǎn)2　差量法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用探究點(diǎn)3　關(guān)系式法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用作業(yè)手冊(cè)
探究點(diǎn)1　守恒法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
守恒法的應(yīng)用原理及解題步驟
例1 下面是制備硫酸的工業(yè)流程:一批32 t含硫元素99%的硫參加反應(yīng),在第一步反應(yīng)中硫元素?fù)p失了2%,二氧化硫在第二步反應(yīng)中有97%轉(zhuǎn)化為了三氧化硫,三氧化硫在第三步反應(yīng)中被吸收時(shí),視作全部被吸收,那么這批硫粉總計(jì)可以生產(chǎn)98%的濃硫酸　　　　t。?
變式題 某項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定FexS的組成,將一定量的FexS與100 mL的鹽酸恰好完全反應(yīng),得到FeCl2溶液、H2S和1.6 g S單質(zhì),過濾后向?yàn)V液中滴加足量NaOH溶液,得到的沉淀經(jīng)過濾洗滌,充分灼燒后稱量至恒重得32 g固體。計(jì)算:(1)鹽酸的濃度為　　　　ml·L-1。?
(2)x的值為　　　　。(寫出簡(jiǎn)要的計(jì)算過程,保留2位有效數(shù)字)?
探究點(diǎn)2　差量法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
1.“差量”一般是指某一化學(xué)反應(yīng)前后某一物理量的差值,如固體質(zhì)量、氣體體積等。2.解題步驟(1)準(zhǔn)確寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)深入細(xì)致地分析題意,關(guān)鍵在于有針對(duì)性地找出產(chǎn)生差量的“對(duì)象”及“理論差量”,該“理論差量”可以是質(zhì)量、物質(zhì)的量、氣體體積、壓強(qiáng)等,且該差量的大小與參加反應(yīng)的物質(zhì)的有關(guān)量成正比。(3)根據(jù)反應(yīng)方程式,從“實(shí)際差量”尋找比例關(guān)系,列比例式求解。
3.“熱重曲線”及分析“熱重曲線”(TG曲線)是指使用熱天平記錄的熱分析曲線,縱坐標(biāo)為試樣質(zhì)量或殘留率,橫坐標(biāo)為溫度或時(shí)間。通過對(duì)熱重曲線的分析,我們可以知道樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性、分解情況及生成的產(chǎn)物等與質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的信息。
(1)對(duì)于含有結(jié)晶水的某固體M·xH2O熱分解反應(yīng)的過程主要有兩個(gè)變化階段:T1→T2為固體失去結(jié)晶水的過程;T3→T4為M固體分解的過程。對(duì)于具體的圖像可以發(fā)生分步反應(yīng)失去結(jié)晶水或M固體分解生成多種物質(zhì)。(2)M固體可能為鹽或氧化物,隨著溫度的升高,繼續(xù)分解可能失去一些揮發(fā)性的物質(zhì),如NH3、CO2、CO等氣體,而金屬一般以化合態(tài)殘留在最終產(chǎn)物中。
例2 如圖是1.00 g MgC2O4·nH2O晶體放在坩堝里從25 ℃徐徐加熱至700 ℃分解時(shí),所得固體產(chǎn)物的質(zhì)量(m)隨溫度(t)變化的關(guān)系曲線。(已知100 ℃以上才會(huì)逐漸失去結(jié)晶水,并約在230 ℃時(shí)完全失去結(jié)晶水)試回答下列問題:(1)MgC2O4·nH2O中n=　　　　。?
(2)通過計(jì)算確定C點(diǎn)固體的化學(xué)式:　 。?
(3)通過計(jì)算確定從E點(diǎn)到F點(diǎn)過程中的化學(xué)方程式:?　　　　　　 　　。?(要求寫出推斷過程)
變式題 高錳酸鉀受熱易分解,在不同溫度下,發(fā)生如下反應(yīng):Ⅰ.2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑Ⅱ.3K2MnO4 2K3MnO4+MnO2+O2↑請(qǐng)回答:(1)取12.64 g KMnO4固體,加熱至700 ℃,一段時(shí)間后剩余固體的質(zhì)量為11.04 g,剩余固體中的MnO2質(zhì)量為　　　　g。?
(2)取(1)剩余固體與足量的濃鹽酸在加熱條件下充分反應(yīng)生成Cl2,產(chǎn)物中錳元素以Mn2+存在;則Cl2物質(zhì)的量為　　　　ml。?
探究點(diǎn)3　關(guān)系式法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
1.在確定“已知量”和“待求量”之間的關(guān)系式時(shí),一定要找出“中間量”(該“中間量”可在前一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中作生成物,而在下一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中作反應(yīng)物),并通過改變相關(guān)化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)使“中間量”的計(jì)量數(shù)變成同一個(gè)數(shù)值,從而建立“已知量”和“待求量”之間的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,即關(guān)系式。
例3 利用碘量法測(cè)定WCl6產(chǎn)品純度,實(shí)驗(yàn)如下:(1)稱量:將足量CS2(易揮發(fā))加入干燥的稱量瓶中,蓋緊稱重為m1 g;開蓋并計(jì)時(shí)1 min,蓋緊稱重為m2 g;再開蓋加入待測(cè)樣品并計(jì)時(shí)1 min,蓋緊稱重為m3 g,則樣品質(zhì)量為　　　　　　　g(不考慮空氣中水蒸氣的干擾)。?
[解析] (1)稱量時(shí)加入足量的CS2,蓋緊稱重為m1 g,由于CS2易揮發(fā),開蓋時(shí)要揮發(fā)出來,稱量的質(zhì)量要減少,開蓋并計(jì)時(shí)1 min,蓋緊稱重m2 g,則揮發(fā)出的CS2的質(zhì)量為(m1-m2) g,再開蓋加入待測(cè)樣品并計(jì)時(shí)1 min,又揮發(fā)出(m1- m2) g的CS2,蓋緊稱重為m3 g,則樣品質(zhì)量為m3 g+2(m1-m2) g-m1 g=(m3+m1-2m2) g。
(m3+m1-2m2)
0.024 ml·L-1
探究點(diǎn)一 守恒法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
0.100 0 ml·L-1
2. 將3.00 g某有機(jī)物(僅含C、H、O元素,相對(duì)分子質(zhì)量為150)樣品置于燃燒器中充分燃燒,依次通過吸水劑、CO2吸收劑,燃燒產(chǎn)物被完全吸收。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:請(qǐng)回答:(1)燃燒產(chǎn)物中水的物質(zhì)的量為　 　　　ml。?
(2)該有機(jī)物的分子式為　 　　　(寫出計(jì)算過程)。 ?
加入最后半滴KIO3標(biāo)準(zhǔn)溶液,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,且半分鐘內(nèi)不褪色
(2)產(chǎn)品中Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為　　　　%。?
(2)該水樣的COD值是　　　　mg·L-1。(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位)?
5. BaCl2·xH2O中結(jié)晶水?dāng)?shù)目可通過重量法來確定:①稱取1.222 g樣品,置于小燒杯中,加入適量稀鹽酸,加熱溶解,邊攪拌邊滴加稀硫酸到沉淀完全,靜置;②過濾并洗滌沉淀;③將盛有沉淀的濾紙包烘干并中溫灼燒;轉(zhuǎn)入高溫爐中,反復(fù)灼燒到恒重,稱得沉淀質(zhì)量為1.165 g?；卮鹣铝袉栴}:計(jì)算BaCl2·xH2O中的x=　　　　(要求寫出計(jì)算過程)。
探究點(diǎn)二 差量法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
[解析] (2)設(shè)起始仍為1 ml 草酸鈧晶體,850 ℃時(shí),剩余固體質(zhì)量為462 g×29.8%≈138 g,由于M(Sc2O3)=138 g·ml-1,故可知550~850 ℃,1 ml Sc2(C2O4)3分解產(chǎn)生1 ml Sc2O3,則碳元素全部轉(zhuǎn)化為氣體,由于草酸根離子中碳元素為+3價(jià),則反應(yīng)產(chǎn)生CO2和CO兩種氣體,根據(jù)得失電子守恒可知CO2和CO物質(zhì)的量之比為1∶1。
7. [2023·山東聊城三模] ZnCl2溶液與Na2CO3溶液混合,“沉鋅”得到堿式碳酸鋅[化學(xué)式為2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O,M=583 g·ml-1]。(1)“沉鋅”的離子方程式為?　 。?
n[Zn(OH)2]∶n(ZnO)=1∶4
(2)堿式碳酸鋅加熱升溫過程中固體的質(zhì)量變化如圖所示。350 ℃時(shí),剩余固體中已不含碳元素,此時(shí)剩余固體的成分及物質(zhì)的量之比是?　 　　　　　。?
[解析] (2)350°C時(shí),剩余固體中已不含碳元素,即C全部以CO2的形式分解了,堿式碳酸鋅的摩爾質(zhì)量為583 g·ml-1,則1 ml堿式碳酸鋅加熱到350 ℃時(shí),固體質(zhì)量變?yōu)?23 g,固體減少了583 g-423 g=160 g,160 g=2 ml×44 g·ml-1+18 g·ml-1×x,解得x=4 ml,說明分解產(chǎn)生了4 ml H2O,即2 ml結(jié)晶水和2 ml Zn(OH)2分解出2 ml H2O和2 ml ZnO,還有1 ml Zn(OH)2未分解,另外2 ml ZnCO3分解生成2 ml ZnO,共產(chǎn)生4 ml ZnO,則剩余固體中含有n(ZnO)∶n [Zn(OH)2]=4∶1。
8. 在空氣中加熱10.98 g草酸鈷晶體(CC2O4·2H2O)樣品,受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì),其質(zhì)量如下表。(1)加熱到210 ℃時(shí),固體物質(zhì)的化學(xué)式為　 。
(2)經(jīng)測(cè)定,加熱到210~310 ℃過程中的生成物只有CO2和鈷的氧化物,此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 。?
探究點(diǎn)三 關(guān)系式法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用
10.滴定法測(cè)廢水中的氨氮含量(氨氮以游離氨或銨鹽形式存在于水中)步驟如下:①取10.00 mL廢水水樣于蒸餾燒瓶中,再加蒸餾水至總體積為175 mL;②先將水樣調(diào)至中性,再加入氧化鎂使水樣呈微堿性,加熱;③用25.00 mL硼酸溶液吸收蒸餾出的氨[2NH3+4H3BO3 = (NH4)2B4O7+5H2O];④將吸收液移至錐形瓶中,加入2滴指示劑,用c ml·L-1的硫酸滴定至終點(diǎn)[(NH4)2B4O7+H2SO4+5H2O = (NH4)2SO4+4H3BO3],記錄消耗的體積為V mL。則水樣中氮的含量是　　　　　mg·L-1(用含c、V的代數(shù)式表示)。?
11.[2023·山東臨沂二模] 實(shí)驗(yàn)室以活性炭為催化劑,由CCl2制備三氯化六氨合鈷(Ⅲ){[C(NH3)6]Cl3}。為測(cè)定產(chǎn)品中鈷的含量,進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn):Ⅰ.稱取3.540 0 g產(chǎn)品,加入足量NaOH溶液蒸出NH3,再加入稀硫酸,使[C(NH3)6]Cl3全部轉(zhuǎn)化為C3+,然后將溶液定容至250 mL,取25.00 mL于錐形瓶中,加入過量的KI溶液,用0.100 0 ml·L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液13.30 mL。Ⅱ.另取與步驟Ⅰ中等量的KI溶液于錐形瓶中,用上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液1.30 mL。
(1)樣品中鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為　　　　。?(2)若步驟Ⅱ滴定前滴定管內(nèi)無氣泡,滴定后有氣泡,會(huì)使測(cè)定結(jié)果　　　　(填“偏大”“偏小”或“不變”)。?

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