淺析化學(xué)計(jì)算中的“化繁為簡”

劉小英

隨著化學(xué)新課程不斷改革，STS教育在化學(xué)教學(xué)中初見成效。將社會、科學(xué)、環(huán)境融入化學(xué)教育中，勢必要在教學(xué)過程中加強(qiáng)化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，這就需要化學(xué)計(jì)算的幫忙。初中化學(xué)的計(jì)算從第三章開始，由化學(xué)式計(jì)算慢慢過渡到化學(xué)方程式的計(jì)算，要求越來越高，題目也越來越難。為了能在有限的時(shí)間內(nèi)最大程度的解決計(jì)算，就必須尋找捷徑，而這所謂的捷徑，則是化學(xué)計(jì)算中的解題技巧。

初中化學(xué)中的質(zhì)量守恒定律是一個(gè)十分重要的基本定律，其中元素守恒思想能為計(jì)算帶來很大的幫助。有些根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，有時(shí)需要根據(jù)多個(gè)化學(xué)方程式分別計(jì)算，步驟多，耗時(shí)多，失誤自然也多。碰到此類題時(shí)，如果能抓住反應(yīng)前后某特征元素質(zhì)量守恒這一點(diǎn)去分析、求解，就能將很多化學(xué)計(jì)算化繁為簡。

在學(xué)習(xí)《有關(guān)化學(xué)方程式的綜合計(jì)算》時(shí)，學(xué)生碰到了這樣一道計(jì)算題：

（1）現(xiàn)有20 g一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，測得其中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%，將氣體通入足量的石灰水中，問能生成沉淀多少克？

（2）如將該混合氣體燃燒，使CO完全轉(zhuǎn)化為CO2，再將生成的氣體通入足量石灰水中，能生成沉淀多少克？

剛碰到這個(gè)題目時(shí)，很多學(xué)生認(rèn)為題目太繁了，不愿去思考；還有一部分學(xué)生經(jīng)過思考，通過解設(shè)未知數(shù)的方法求算正確了第一問，而第二問由于考慮不周全而發(fā)生了錯(cuò)誤。當(dāng)學(xué)生都積極思考過一遍后，筆者帶著學(xué)生用常規(guī)方法進(jìn)行了題目的講解。

（1）分析：混合氣體通入石灰水中只有CO2和石灰水反應(yīng)生成沉淀，所以要求沉淀質(zhì)量必須先求到混合氣體中CO2質(zhì)量

COCO2Ca（OH）2CaCO3

解設(shè)混合氣體中m（CO2）=x，則m（CO）=20 g-x

根據(jù)題意x×1244×100%+（20g-x）×1228×100%=20 g×36%

解得x=8.8 g

設(shè)m（CaCO3）=y

CO2+Ca（OH）2CaCO3↓+H2O

44 100

8.8 g y

448.8g=100yy=20 g

答：生成沉淀質(zhì)量為20 g

（2）分析：將混合氣體燃燒，CO轉(zhuǎn)化為CO2，此時(shí)CO2的量包含兩部分：原來混合氣體中的和生成的，它們都與石灰水反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，所以要計(jì)算出兩部分CO2質(zhì)量再求沉淀質(zhì)量

COO2CO2CO2CO2Ca（OH）2CaCO3

解設(shè)CO反應(yīng)生成m（CO2）=x

2CO+O2點(diǎn)燃2CO2

56 88

20g-8.8g x

5611.2g=88x x=17.6 g

總的m（CO2）=17.6 g+8.8 g=26.4 g

設(shè)m（CaCO3）=y

CO2+Ca（OH）2CaCO3↓+H2O

44 100

26.4 g y

44/26.4 g=100/yy=60 g 答：生成沉淀質(zhì)量為60 g

在求算第（2）問CO2質(zhì)量時(shí)，很多學(xué)生沒有加入混合氣體中的CO2，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。這是解答此題的常規(guī)方法，涉及到了多步化學(xué)方程式，比較繁瑣，如果思路不清晰，就很容易發(fā)生錯(cuò)誤。此時(shí)可以換種思路，通過觀察（2）的反應(yīng)流程圖，可以發(fā)現(xiàn)CO和CO2中的C元素最終都進(jìn)入了CaCO3，可以根據(jù)元素守恒，求出C元素的質(zhì)量除以CaCO3中C%就可以求算出CaCO3質(zhì)量。

解根據(jù)C元素守恒m（CaCO3）×12100×100%=20 g×36%

解得m（CaCO3）=60 g

利用元素守恒求解此問，思路清晰，步驟簡單，不易出錯(cuò)。

這種思想還可以運(yùn)用在很多計(jì)算題上，下面再舉3例利用元素守恒可以快速解題的計(jì)算題。

例1某實(shí)驗(yàn)室中需要1.6 g氧氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。若用電解水的方法制取這些氧氣，需要消耗水多少克？同時(shí)可以生成氫氣多少克？

此題的常規(guī)解法是利用方程式求解

解設(shè)m（H2O）=xm（H2）=y

2H2O2H2↑+O2↑

36 4 32

x y 1.6 g

36/x=4/y=32/1.6 g

解得x=1.8 gy=0.2 g 答：消耗水1.8 g，生成氫氣0.2 g

如果此題運(yùn)用元素守恒思想，可以更簡化。由于H2O中的H元素全部轉(zhuǎn)化為了H2，O元素全部轉(zhuǎn)化為了O2，根據(jù)O元素守恒，可以計(jì)算H2O的質(zhì)量，再根據(jù)H元素守恒，計(jì)算H2質(zhì)量。

解m（H2O）×16/18×100%=1.6 gx=1.8 g

m（H2）=m（H）=1.8 g×2/18×100%=0.2 g

此類題目在運(yùn)用元素守恒的時(shí)候要特別注意，一定要物質(zhì)中的某種元素全部轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)，才能運(yùn)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)和元素守恒解題。

例2有一種含CaCO3與CaO的混合物，測得其中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，取該混合物16 g，經(jīng)高溫煅燒后，將剩余固體投入足量的水中，固體全部溶解生成Ca（OH）2，則生成Ca（OH）2的質(zhì)量為多少克？

此題和本文所給出的第一題有些類似，由于CaCO3高溫分解會生成CaO，CaO與水反應(yīng)又生成Ca（OH）2 ，在這里涉及多個(gè)反應(yīng)，如果通過方程式計(jì)算會非常的繁瑣，容易出錯(cuò)。而解決此題的關(guān)鍵在于物質(zhì)在轉(zhuǎn)化的過程中，反應(yīng)物中的鈣元素全部進(jìn)入了Ca（OH）2，因此可根據(jù)鈣元素守恒進(jìn)行解答。

解根據(jù)Ca元素守恒

m[Ca（OH）2]×4074×100%=16 g×50%

m[Ca（OH）2]=14.8 g

答：生成Ca（OH）2質(zhì)量為14.8 g

例33.8 g鎂、鋁、鋅、鐵混合物跟100 g稀硫酸恰好完全反應(yīng)，將反應(yīng)后溶液蒸干后得固體13.4 g，求：

（1）硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

（2）產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量。

MgAlZnFeH2SO4MgSO4Al2（SO4）3ZnSO4FeSO4+H2

此題如果按照常規(guī)解法，要設(shè)至少3個(gè)未知數(shù)代入方程式求算，即便這樣，根據(jù)題目所給信息也解不出來，所以此時(shí)只能轉(zhuǎn)換思想，利用元素守恒來做

分析反應(yīng)后溶液蒸干所得固體比原來固體混合物多出了硫酸根的質(zhì)量，所以通過質(zhì)量差可以求出硫酸根的質(zhì)量再求出硫酸質(zhì)量，進(jìn)而得出硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而氫氣都來自于硫酸中的氫元素，根據(jù)氫元素守恒，求算氫氣質(zhì)量。

解m（SO4）=13.4 g-3.8 g=9.6 g

m（H2SO4）×96/98×100%=9.6 g

得m（H2SO4）=9.8 g

H2SO4%=9.8 g/100 g×100%=9.8%

m（H2）=m（H）=9.8 g-9.6 g=0.2 g

答：硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.8%，氫氣質(zhì)量為0.2 g

元素守恒的思想在化學(xué)計(jì)算中的運(yùn)用如果得當(dāng)，能夠很大程度地提高解題速度，也可以鍛煉學(xué)生的思維，這種思想的形成需要教師不斷地指導(dǎo)和學(xué)生的練習(xí)和歸納。當(dāng)然，化學(xué)計(jì)算還有其它的解題技巧，只要思路清晰，方法正確，一定能讓學(xué)生感受到化學(xué)計(jì)算的樂趣和魅力。

（收稿日期：2014-07-15）