倍受高考青睞之——“化學(xué)計(jì)算”

夏慶華

化學(xué)計(jì)算能從定量的角度考查化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與化學(xué)計(jì)算技能，因而倍受高考命題專家的青睞，明確化學(xué)計(jì)算的常見(jiàn)問(wèn)題考點(diǎn)，揭示化學(xué)計(jì)算的解題方法。

一、有關(guān)物質(zhì)的量與粒子數(shù)的計(jì)算

阿伏加德羅常數(shù)正誤的判斷為載體，考查物質(zhì)的量與物質(zhì)的質(zhì)量、粒子數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積、物質(zhì)的量濃度等物理量之間的關(guān)系。求解此類試題的關(guān)鍵有三點(diǎn)：一是要掌握物質(zhì)的量與有關(guān)物理量之間的關(guān)系式;二是要弄清“22.4 L·mol-1”的使用條件;三是要明確在計(jì)算溶液中有關(guān)粒子的物質(zhì)的量時(shí)，物質(zhì)的量濃度和溶液的體積二者缺一不可。

例1 設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說(shuō)法正確的是（? ）。

A.常溫常壓下，2.24 L CO完全燃燒生成CO2時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.2NA

B.1 mol·L-1 Na2SO4溶液中含有Na+的數(shù)目為2NA

C.常溫常壓下，9.8 g H2SO4和H3PO4的混合物中所含氧原子數(shù)為0.4NA

D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24 L四氯化碳中含有的分子數(shù)為0.1NA

解析 盡管CO-2e-→CO2，但常溫常壓下2.24 L CO的物質(zhì)的量不是0.1 mol，其完全燃燒生成CO2時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)不為0.2NA，A 項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng)沒(méi)有給出Na2SO4溶液的體積，無(wú)法計(jì)算溶液中Na+的物質(zhì)的量及其數(shù)目，B項(xiàng)錯(cuò)誤;常溫常壓下，9.8 g H2SO4和H3PO4的混合物的物質(zhì)的量為0.1 mol（因H2SO4和H3PO4的摩爾質(zhì)量均為98 g·mol-1），其所含氧原子數(shù)為0.4NA，C項(xiàng)正確;標(biāo)準(zhǔn)狀況下四氯化碳為液體，2.24 L四氯化碳的物質(zhì)的量不是0.1 mol，其含有的分子數(shù)不為0.1NA，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案為C。

二、有關(guān)氧化還原反應(yīng)的計(jì)算

氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒規(guī)律的應(yīng)用，電子守恒法是求解氧化還原反應(yīng)計(jì)算題的法寶。用電子守恒法解題的基本思路是：（1）找出氧化劑、還原劑及相應(yīng)的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物;（2）找出一個(gè)原子或一個(gè)離子得到（或失去）的電子數(shù);（3）根據(jù)題中所給物質(zhì)的物質(zhì)的量和得失電子守恒規(guī)律列等式求解。

例2 已知：Fe2+的還原性比Br-的強(qiáng)。向100 mL FeBr2溶液中通入5.04 L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的Cl2，Cl2全部被還原，測(cè)得溶液中c（Br-）=c（Cl-）。則原FeBr2溶液中FeBr2的物質(zhì)的量濃度為（? ）。

A.0.75 mol·L-1? B.1.5 mol·L-1

C.2.0 mol·L-1D.3.0 mol·L-1

解析 因Fe2+的還原性比Br-的強(qiáng)，則向FeBr2溶液中通入Cl2后，F(xiàn)e2+首先被Cl2氧化，當(dāng)Fe2+完全被氧化后再氧化Br-。由題意可知，通入Cl2的物質(zhì)的量為5.04 L÷22.4 L·mol-1=0.225 mol。因Fe2+-e-→Fe3+，Br--e-→1/2Br2，Cl2+2e-→2Cl-;設(shè)原FeBr2溶液中FeBr2的物質(zhì)的量濃度為x，則根據(jù)得失電子守恒原則可得：x×0.1 L×1+（x×0.1 L×2-0.225 mol×2）×1=0.225 mol×2，解得x=3.0 mol·L-1。答案為D。

例3 （2010年高考上?；瘜W(xué)卷，節(jié)選）加碘鹽中含碘量為20～50 mg·kg-1。制取加碘鹽（含KIO3的食鹽）1000 kg，若用KI與Cl2反應(yīng)制KIO3，至少需要消耗Cl2_______L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，保留2位小數(shù)）。

解析 1000 kg食鹽中至少含KIO3的質(zhì)量為20 mg·kg-1×1000 kg×214127=33.7×103 mg=33.7 g。設(shè)需要消耗Cl2的體積為V（Cl2）。因KI-6e-→KIO3，Cl2+2e-→2Cl-;則根據(jù)得失電子守恒原則得：3Cl2～KIO3，從而得3×22.4 L∶214 g=V（Cl2）∶33.7 g，解得V（Cl2）=10.58 L。答案為：10.58。

三、有關(guān)離子反應(yīng)的計(jì)算

有關(guān)離子反應(yīng)的計(jì)算與元素化合物的性質(zhì)和反應(yīng)的順序有關(guān)，求解此類題目的關(guān)鍵是要弄清所發(fā)生的離子反應(yīng)和反應(yīng)的先后順序。

例3 將2.32 g由Na2CO3和NaOH組成的固體混合物加入足量水溶解配成溶液，然后向此溶液中逐漸滴加1.0 mol·L-1的鹽酸，所加鹽酸的體積與產(chǎn)生的CO2的體積關(guān)系如圖1所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

（1）加入鹽酸0～25 mL時(shí)，按反應(yīng)的先后順序，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式依次為_(kāi)______、_______。

（2）當(dāng)加入40 mL鹽酸時(shí)，產(chǎn)生的CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)______mL。

（3）原混合物中Na2CO3的物質(zhì)的量為_(kāi)______，NaOH的物質(zhì)的量為_(kāi)______。

解析 （1）由題意可知，加入鹽酸0～25 mL時(shí)，沒(méi)有CO2氣體生成，鹽酸首先與NaOH反應(yīng)，然后與Na2CO3反應(yīng)生成NaHCO3，則按反應(yīng)的先后順序，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式依次為：

OH-+H+H2O

CO2-3+H+HCO-3

（2）當(dāng)加入40 mL鹽酸時(shí)，與HCO-3反應(yīng)的鹽酸的體積為40 mL-25 mL=15 mL，由離子方程式

HCO-3+H+CO2↑+H2O

可得，產(chǎn)生CO2的物質(zhì)的量為n（CO2）=n（H+）=1.0 mol·L-1×0.015 L=0.015 mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.015 mol×22.4 L·mol-1=0.336 L=336 mL。

（3）由反應(yīng)

CO2-3+H+HCO-3

HCO-3+H+CO2↑+H2O

可知，n（Na2CO3）=

n（NaHCO3）

=n（CO2）=1.0 mol·L-1×（0.045 L-0.025 L）=0.02 mol;其質(zhì)量為0.02 mol×106 g·mol-1=2.12 g，則NaOH的物質(zhì)的量為n（NaOH）=（2.32 g-2.12 g）÷40 g·mol-1=0.005 mol。

四、有關(guān)金屬及其化合物的計(jì)算

有關(guān)金屬及其化合物的計(jì)算，主要以金屬及其化合物的性質(zhì)為載體，從定量的角度考查對(duì)金屬及其化合物性質(zhì)的理解和計(jì)算技能;掌握金屬及其化合物的性質(zhì)和計(jì)算方法是解題的關(guān)鍵。

例4 有一塊鐵的“氧化物”樣品，用140 mL 5.0 mol·L-1鹽酸恰好將之完全溶解，所得溶液還能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2+全部轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+，則該樣品可能的化學(xué)式為（? ）。

A.Fe2O3 B.Fe3O4

C.Fe4O5 D.Fe5O7

解析 由反應(yīng)

2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-

可知，鐵的“氧化物”樣品用鹽酸溶解后所得溶液中Fe2+的物質(zhì)的量n（Fe2+）=2n（Cl2）=0.025 mol×2=0.05 mol;根據(jù)電荷守恒原則可得，n（Fe2+）×2+n（Fe3+）×3=n（Cl-）×1，即0.05 mol×2+n（Fe3+）×3=5.0 mol·L-1×0.14 L×1，解得n（Fe3+）=0.2 mol;則n（Fe2+）∶n（Fe3+）=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4，從而可知該樣品的化學(xué)式為FeO·2Fe2O3，即為Fe5O7。答案為D。

五、有關(guān)非金屬及其化合物的計(jì)算

有關(guān)非金屬及其化合物的計(jì)算，主要以非金屬及其化合物的性質(zhì)為載體，從定量的角度考查對(duì)非金屬及其化合物性質(zhì)的理解和計(jì)算技能。掌握非金屬及其化合物的性質(zhì)和計(jì)算方法是解題的關(guān)鍵。

例5 NH3和O2混合氣100 mL通過(guò)紅熱的鉑網(wǎng)，充分反應(yīng)后的混合氣再通過(guò)足量水最終收集到10 mL殘留氣體，則原混合氣中O2的體積不可能是（氣體體積在相同條件下測(cè)定）（? ）。

A.12.5 mL??? B.21.5 mL

C.64.2 mL D.70.0 mL

解析 由題意可知，所發(fā)生的反應(yīng)可能為

①4NH3+5O2催化劑△4NO+6H2O

②4NO+3O2+2H2O4HNO3

（1）若最終收集到10 mL殘留氣體為NO，且只發(fā)生反應(yīng)①（O2不足，NO沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)②），則O2的體積V（O2）=V（NO）×5/4=10 mL×5/4=12.5 mL。

（2）若最終收集到10 mL殘留氣體為NO，且反應(yīng)①和②同時(shí)發(fā)生（O2不足，NO只有部分發(fā)生反應(yīng)②）;設(shè)原混合氣中O2的體積為x，NH3的體積為y;則在反應(yīng)①中，y體積NH3與5y/4體積O2反應(yīng)生成y體積NO，在反應(yīng)②中，（y-10 mL）體積NO與3（y-10 mL）/4體積O2反應(yīng)生成硝酸，從而可得，x+y=100 mL，5y/4+3（y-10 mL）/4＼]=x，解這兩個(gè)方程得x=64.2 mL。

（3）若最終收集到10 mL殘留氣體為O2，即O2過(guò)量，反應(yīng)①和②同時(shí)發(fā)生;將反應(yīng)①和②疊加得：

NH3+2O2HNO3+H2O

由題意得，V（O2）=（100 mL-10 mL）×2/3+10 mL=70.0 mL。

因此，原混合氣中O2的體積不可能是21.5 mL。答案為B。

（收稿日期：2021-07-20）