有關(guān)基本概念和理論的計(jì)算問題

苗義法

(山東省棗莊市第十六中學(xué))

縱觀近幾年的高考化學(xué)試題,有關(guān)基本概念和理論的計(jì)算問題一直是穩(wěn)中有變.穩(wěn)定的是每年考查的知識(shí)點(diǎn)都以反應(yīng)熱、平衡轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)、電離常數(shù)、溶液的pH、溶度積等為主,變的是試題的情境和呈現(xiàn)方式,既體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的本位,又體現(xiàn)了化學(xué)與其他學(xué)科的融合.學(xué)生在復(fù)習(xí)此部分知識(shí)時(shí),要在掌握基本公式的基礎(chǔ)上,依據(jù)一定的解題步驟,加強(qiáng)解題訓(xùn)練,總結(jié)歸納適合自己的解題方法,進(jìn)而提高解答有關(guān)基本概念和理論計(jì)算題的能力.

1 有關(guān)平衡轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)的計(jì)算問題

平衡轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)進(jìn)行程度的表征,是研究可逆反應(yīng)的重要方式,在每年的高考中都有所體現(xiàn),有些題是已知物質(zhì)的初始濃度(或壓強(qiáng))和平衡濃度(或壓強(qiáng))求平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率,有些題是已知平衡轉(zhuǎn)化率和物質(zhì)的初始濃度(或壓強(qiáng))求平衡常數(shù),還有些題是已知平衡常數(shù)和物質(zhì)的初始濃度(或壓強(qiáng))求平衡濃度及轉(zhuǎn)化率.學(xué)生要加深對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)有關(guān)概念及兩者關(guān)系的理解,此類試題的常見解答方法是“三段式”法.

例1廢氣中H2S熱分解產(chǎn)生H2:2H2S(g)?S2(g)＋2H2(g).現(xiàn)將0.20 molH2S(g)通入某恒壓(壓強(qiáng)p＝aMPa)密閉容器中,不同溫度下測(cè)得H2S分解反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率如圖1所示.溫度升高時(shí),混合氣體的平均摩爾質(zhì)量_________(填“增大”或“減小”“不變”).溫度為T4℃時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓來表示).

圖1

解析

本題是已知平衡轉(zhuǎn)化率和初始濃度計(jì)算平衡常數(shù)類試題,解題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確解讀題給圖示,從圖示中找出解題所要的數(shù)據(jù)和信息.由圖可知,隨著溫度的升高,H2S 的轉(zhuǎn)化率逐漸增大,說明2H2S(g)?S2(g)＋2H2(g)的正反應(yīng)是體積增大的吸熱反應(yīng),升高溫度時(shí)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),混合氣體的總物質(zhì)的量逐漸增大,但氣體總質(zhì)量不變,所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量逐漸減小.由圖可知,T4℃時(shí)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率是40%,即轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為0.20mol×40%＝0.08mol,由此列出“三段式”:

解答此類試題時(shí)學(xué)生需要注意:一是依據(jù)圖示中曲線的變化趨勢(shì)判斷出所給可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),抓住質(zhì)量守恒定律推斷出混合氣體的平均摩爾質(zhì)量的變化趨勢(shì);二是依據(jù)初始濃度和平衡轉(zhuǎn)化率求出平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的H2S的物質(zhì)的量,然后利用“三段式”法計(jì)算出平衡時(shí)3種物質(zhì)的物質(zhì)的量并推測(cè)出3種物質(zhì)的平衡分壓,最后求出平衡常數(shù)Kp.

2 有關(guān)電離常數(shù)和溶液pH 的計(jì)算問題

電離平衡主要存在于弱電解質(zhì)的電離平衡中,在高考中常以選擇題的形式出現(xiàn),結(jié)合其他電離知識(shí)進(jìn)行綜合考查,正確計(jì)算電離常數(shù)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確分析出涉及的離子,再結(jié)合離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)代入公式計(jì)算.有關(guān)溶液pH 的計(jì)算問題是相對(duì)難度較大的試題,在解答時(shí)要以pH＝－lgc(H＋)為基本依據(jù),根據(jù)實(shí)際情境進(jìn)行溶液中c(H＋)的推理和計(jì)算,溶液類型不同,計(jì)算方法不同,主要分為單一型溶液、稀釋型溶液和混合型溶液.

例225℃時(shí),向100mL0.09mol·L－1BaCl2溶液中加入100mL0.1mol·L－1硫酸,生成BaSO4沉淀.已知溶液溫度和體積的變化都忽略不計(jì),則生成沉淀后體系中的pH 為_________.

解析

本題屬于混合型溶液中pH 的計(jì)算問題,首先要判斷是否有物質(zhì)過量,然后計(jì)算反應(yīng)后所得混合溶液中的c(H＋),最后根據(jù)公式計(jì)算pH.BaCl2溶液和硫酸反應(yīng)生成BaSO4沉淀和HCl溶液,其中硫酸過量,混合后溶液顯酸性,溶液中的H＋主要來自硫酸且一直存在于溶液中,物質(zhì)的量不變,因此

生成沉淀后溶液體積為0.2L,則

答案1.

在計(jì)算溶液的pH 時(shí)要先初步判斷最終溶液的酸堿性,若是酸性溶液,則先求最終溶液中的n(H＋),再求c(H＋),最后根據(jù)公式計(jì)算pH;若是堿性溶液,則先求最終溶液中的n(OH－),再根據(jù)Kw求出c(H＋),最后根據(jù)公式計(jì)算pH.

3 有關(guān)溶度積的計(jì)算問題

高考中有關(guān)溶度積的計(jì)算問題是常見題型,且常結(jié)合其他元素知識(shí)進(jìn)行綜合考查,是每年高考中的重點(diǎn)題型.縱觀近幾年的高考化學(xué)試題,主要從溶度積和溶解度的換算、溶度積和平衡常數(shù)的換算、有關(guān)溶度積圖像的計(jì)算等幾種角度進(jìn)行考查,沉淀溶解平衡圖像題是近幾年的考查熱點(diǎn).

例3已知:pCu ＝－lgc(Cu＋),pX ＝－lgc(X－).298 K 時(shí),Ksp(CuCl)＝a×10－6,Ksp(CuBr)＝b×10－9,Ksp(CuI)＝c×10－12.在CuCl、CuBr、CuI的飽和溶液中,陽(yáng)離子和陰離子的濃度關(guān)系如圖2所示.下列說法正確的是().

圖2

A.298 K 時(shí),在CuCl的飽和溶液中加入少量NaCl,c(Cu＋)和c(Cl－)都減小

B.圖中x表示CuI飽和溶液中陽(yáng)離子和陰離子的濃度關(guān)系曲線,且P點(diǎn)c(Cu＋)＝c(I－)

C.298K 時(shí),增大M點(diǎn)的陰離子濃度,則y上的點(diǎn)向N點(diǎn)移動(dòng)

D.298 K 時(shí),CuBr(s)＋I(xiàn)－(aq)?CuI(s)＋Br－(aq)的平衡常數(shù)K的數(shù)量級(jí)為103

解析

根據(jù)圖像可知,P點(diǎn)pCu＝－lgc(Cu＋)＝3,c(Cu＋)＝10－3mol · L－1,pX ＝－lgc(X－)＝3,c(X－)＝10－3mol· L－1,則Ksp(CuX)＝10－6,因此P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是CuCl飽和溶液,即曲線x表示CuCl飽和溶液中陽(yáng)離子和陰離子的濃度關(guān)系,則y、z分別表示CuBr、CuI飽和溶液中陽(yáng)離子和陰離子的濃度關(guān)系.298K時(shí),在CuCl飽和溶液中加入少量NaCl,c(Cl－)增大,溫度不變,Ksp(CuCl)不變,則c(Cu＋)減小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.298K時(shí),增大M點(diǎn)的陰離子濃度,溫度不變,Ksp(CuBr)不變,則c(Cu＋)減小,pCu＝－lgc(Cu＋)增大,即y上的點(diǎn)向M點(diǎn)的斜下方移動(dòng),選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.298 K 時(shí),CuBr(s)＋I(xiàn)－(aq)?CuI(s)＋Br－(aq)的平衡常數(shù)

K的數(shù)量級(jí)為103,選項(xiàng)D 正確.答案為D.

在解答有關(guān)沉淀溶解平衡的圖像題時(shí)看懂圖像、聯(lián)系規(guī)律、推理判斷是關(guān)鍵,解答時(shí)要注意:曲線上的點(diǎn)表示飽和溶液,曲線上方的點(diǎn)表示過飽和溶液,曲線下方的點(diǎn)表示不飽和溶液;溶度積只與溫度有關(guān),與溶液中的離子濃度無關(guān),溫度不變時(shí),無論改變哪種離子的濃度,另一種離子的濃度都在同一曲線上;涉及Qc的計(jì)算時(shí),所代入的離子濃度一定是混合溶液中的離子濃度,因此計(jì)算離子濃度時(shí),所代入的溶液體積也必須是混合溶液的體積.

綜上,在解答此類試題時(shí),首先要認(rèn)真審題,掌握準(zhǔn)確的試題信息,經(jīng)過仔細(xì)推敲挖掘出試題中隱含的信息,找出解答試題的突破口,然后聯(lián)系所學(xué)知識(shí),依據(jù)基本公式確定解題思路,最后利用合適的方法得到正確的答案.

(完)