童建軍
近三年的廣東理科綜合化學(xué)試題,有關(guān)計(jì)算的試題,尤其是在Ⅱ卷中的題量增加,分值也逐漸增加。試題呈現(xiàn)以下特點(diǎn):起點(diǎn)高、落點(diǎn)低——這方面主要是Ⅱ卷中的計(jì)算題,試題常以信息給予題的形式出現(xiàn),但落點(diǎn)仍是考查基本計(jì)算技能;學(xué)科滲透,綜合考查——主要考查各種數(shù)學(xué)計(jì)算能力、物理學(xué)科中的有效數(shù)字及語(yǔ)文學(xué)科的閱讀能力?;瘜W(xué)計(jì)算是高中化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容之一,在高考中要取得好成績(jī),就必須掌握好解答化學(xué)計(jì)算的科學(xué)思維方法。
考點(diǎn)一:與蓋斯定律有關(guān)的計(jì)算
【例1】(1)H2或CO可以催化還原NO以達(dá)到消除污染的目的。已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g);ΔH =+180.5 kJ/mol,2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);ΔH=-571.6 kJ/mol,則H2(g)與NO(g)反應(yīng)生成N2(g)和H2O(l)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)______________。
(2)在高溫下一氧化碳可將二氧化硫還原為單質(zhì)硫。已知:C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,CO2(g)+C(s)=2CO(g);ΔH2=+172.5 kJ·mol-1,S(s)+O2(g)=SO2(g);ΔH3=-296.0 kJ·mol-1,請(qǐng)寫(xiě)出CO除SO2的熱化學(xué)方程式__________________________。
解析:(1)將已知兩反應(yīng)編號(hào)為①②,根據(jù)蓋斯定律,由②-①可得,2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l);ΔH=-752.1 kJ/mol;(2)C(s)+O2(g)=CO2(g);ΔH1=-393.5 kJ·mol-1①,CO2(g)+C(s)=2CO(g);ΔH2=+172.5 kJ·mol-1②,S(s)+O2(g)=SO2(g);ΔH3=-296.0 kJ·mol-1③,根據(jù)蓋斯定律,①-②-③得2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g);ΔH=-270 kJ·mol-1。
答案:(1)2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(l) ΔH=-752.1 kJ/mol(2)2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g);ΔH=-270 kJ·mol-1
【解法指導(dǎo)】
(1)計(jì)算模式:
[方式一]若有(a)A(g)+M(g)=B(g);ΔH1(b)A(l)+M(g)=B(g);ΔH2(c)A(g)=A(l);ΔH3則(c)=(a)-(b),即:ΔH3=ΔH1-ΔH2。
[方式二]若有(a)A(s)+M(g)=B(s);ΔH1(b)C(s)+M(g)=D(s);ΔH2(c)A(s)+D(s)=B(s)+C(s);ΔH3則(c)=(a)-(b),即:ΔH3=ΔH1-ΔH2。
(2)計(jì)算要領(lǐng):
①當(dāng)反應(yīng)方程式乘以或除以某數(shù)時(shí),ΔH也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。
②反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí),ΔH也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算,且要帶“+”、“-”,即把ΔH看作一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)算。
③通過(guò)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱和比較反應(yīng)熱的大小時(shí),同樣要把ΔH看作一個(gè)整體。
④在設(shè)計(jì)反應(yīng)過(guò)程時(shí)常會(huì)遇到同一物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化,狀態(tài)由固→液→氣時(shí),會(huì)吸熱,反之會(huì)放熱。
⑤當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí),其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等,符號(hào)相反。
變式練習(xí)1、紅磷P(s)和Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)生成PCl3(g)和PCl5(g)。反應(yīng)過(guò)程和能量關(guān)系如圖所示(圖中的△H表示生成1mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù)):
根據(jù)上圖回答下列問(wèn)題:
(1)P和Cl2反應(yīng)生成PCl3的熱化學(xué)方程式_________________。
(2)P和Cl2分兩步反應(yīng)生成1molPCl5的△H1=_________,P和Cl2一步反應(yīng)生成1molPCl5的△H2______△H1(填“大于”、“小于”或“等于”)。
解析:(1)由圖可以看出,1molP在Cl2中完全燃燒放出的熱量為306kJ·mol-1,所以P與Cl2反應(yīng)生成PCl3的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為P(s)+3/2Cl2(g)=PCl3(g);△H=-306kJ·mol-1。(2)由蓋斯定律可知,一步生成生成PCl5和兩步生成PCl5的總熱效應(yīng)相等,即△H3=-399kJ·mol-1。
答案:(1)P(s)+3/2Cl2(g)=PCl3(g);
△H=-306kJ·mol-1(2)-399kJ·mol-1,等于
考點(diǎn)二:與化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡有關(guān)的計(jì)算
【例2】(1)工業(yè)上用一氧化碳制取氫氣的反應(yīng)為:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),已知420 ℃時(shí),該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為9.0。如果反應(yīng)開(kāi)始時(shí),在2 L的密閉容器中充入CO和H2O的物質(zhì)的量都是0.60 mol,5 min末達(dá)到平衡,則此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______,H2的平均生成速率為_(kāi)_______。
(2)在一定溫度下,一定體積的密閉容器中有如下平衡:H2(g)+I2(g) 2HI(g)。已知H2和I2的起始濃度均為0.10 mol·L-1,達(dá)平衡時(shí)HI的濃度變?yōu)?.16 mol·L-1。若H2和I2的起始濃度均變?yōu)?.20 mol·L-1,則平衡時(shí)H2的濃度(mol·L-1)是 。
解析:(1)設(shè)達(dá)到平衡時(shí)消耗CO的濃度為x
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
開(kāi)始濃度(mol/L) 0.3 0.3 0 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) x x x x
平衡濃度(mol/L) 0.3-x 0.3-x x x
K= = =9,解得x=0.225 mol/L
則CO的轉(zhuǎn)化率為 ×100%=75%,v(H2)= =0.045 mol·L-1·min-1
(2)由于溫度一定,所以K值一定,利用第一個(gè)條件求出K值,然后再用K值計(jì)算結(jié)果。
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
起始濃度(mol·L-1) 0.10 0.10 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1) 0.08 0.08 0.16
平衡濃度(mol·L-1) 0.02 0.02 0.16
由此可計(jì)算得到平衡常數(shù)K= =64
設(shè)H2和I2的起始濃度均為0.20 mol·L-1,達(dá)到平衡時(shí)消耗H2的濃度為x
H2(g)+I2(g 2HI(g)
起始濃度(mol·L-1) 0.20 0.20 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1) x x 2x
平衡濃度(mol·L-1) 0.20-x 0.20-x 2x
則K= =64,解得x=0.16 mol ·L-1,
所以c平(H2)=0.04 mol ·L-1
答案:(1)75%,0.045 mol·L-1·min-1(2)0.04 mol ·L-1
【解法指導(dǎo)】與化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡有關(guān)的計(jì)算模板
計(jì)算可用三段法即找出濃度可變的反應(yīng)物、產(chǎn)物在起始時(shí)、轉(zhuǎn)化的、平衡時(shí)的濃度,然后帶入速率(變化濃度)、平衡常數(shù)表達(dá)式(平衡時(shí)生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物系數(shù)次冪乘積的比值)進(jìn)行計(jì)算即可。注意:帶入式子的物質(zhì)一定濃度可變、一定是平衡濃度。水為氣態(tài)時(shí),要帶入平衡表達(dá)式;在液態(tài)或溶液中時(shí),水不要帶入平衡表達(dá)式。
三段法是解化學(xué)平衡的基礎(chǔ),它強(qiáng)調(diào)解題應(yīng)按一定的基本步驟進(jìn)行。
變式練習(xí)2、二甲醚是一種重要的清潔燃料,可以通過(guò)CH3OH分子間脫水制得:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5 kJ·mol-1。T1 ℃時(shí),在恒容密閉容器中建立上述平衡,體系中各組分濃度隨時(shí)間變化如圖所示:
(1)該條件下反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=____。在T1 ℃時(shí),反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_________;
(2)相同條件下,若改變起始濃度,某時(shí)刻各組分濃度依次為c(CH3OH)=0.4 mol·L-1、c(H2O)=0.6 mol·L-1、c(CH3OCH3)=1.2 mol·L-1,此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大?。簐正______v逆(填“>”、“<”或“=”)。
解析:本題考查有關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算。(1)由圖像知,反應(yīng)在t1時(shí)達(dá)到平衡,平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為c(CH3OCH3)=1 mol·L-1,c(H2O)=0.8 mol·L-1,c(CH3OH)=0.4 mol·L-1;根據(jù)反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)可知,其平衡常數(shù)的表達(dá)式為K= ,在該溫度下,K= =5。(2)根據(jù)題目所提供的數(shù)據(jù)可知,Qc= =4.5
答案:(1) ,5 (2)>
考點(diǎn)三:與化學(xué)方程式有關(guān)的計(jì)算
【例3】臭氧(O3)能與KI溶液反應(yīng),生成O2等。在反應(yīng)后的溶液中滴入酚酞變?yōu)榧t色,若滴入淀粉則變?yōu)樗{(lán)色。為測(cè)定某環(huán)境空氣中的臭氧含量,將0 ℃、1.01×105 Pa的空氣33.6 m3通過(guò)KI溶液,使之完全反應(yīng),所得溶液用0.0100 mol·L-1的Na2S2O3溶液60.0 mL恰好滴定達(dá)終點(diǎn)。反應(yīng)方程式為:2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI。計(jì)算該空氣中臭氧的體積分?jǐn)?shù)。(要求寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)
解析:依據(jù)題意, 臭氧具有強(qiáng)氧化性,能將KI氧化為I2,同時(shí)生成強(qiáng)堿KOH,反應(yīng)的化學(xué)方程式為O3+2KI+H2O=I2+2KOH+O2。由化學(xué)方程式得下列關(guān)系:
O3~I(xiàn)2~2Na2S2O3
1 mol 2 mol
n(O3) 0.0100 mol/L×0.0600 L
n(O3)=
=0.000300 mol
則大氣中臭氧的體積分?jǐn)?shù)為:
×100%= ×100%=2.00×10-5%
【解法指導(dǎo)】與化學(xué)方程式有關(guān)的計(jì)算模板
化學(xué)反應(yīng)中,有時(shí)會(huì)涉及到多步反應(yīng):第一個(gè)反應(yīng)的生成物是第二個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物,第二個(gè)反應(yīng)的生成物又是第三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物。對(duì)多步反應(yīng)的計(jì)算題,用通常的方法從已知數(shù)據(jù)到求得最終結(jié)果要根據(jù)每個(gè)化學(xué)方程式一步一步地計(jì)算,相當(dāng)繁瑣。由化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量成正比例關(guān)系。只要找到已知量與待求量之間的這種關(guān)系,即可一步計(jì)算得出結(jié)果,從而化繁為簡(jiǎn),提高解題效率。
變式練習(xí)3、MnO2是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料,粗MnO2的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了將粗MnO2(含有較多的MnO和MnCO3)樣品轉(zhuǎn)化為純MnO2的實(shí)驗(yàn),其流程如下,若粗MnO2樣品的質(zhì)量為12.69g,第①步反應(yīng)后,經(jīng)過(guò)濾得到8.7gMnO2,并收集到0.224LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),則在第②步反應(yīng)中至少需要________mol NaClO3。
解析:CO2的物質(zhì)的量n(CO2)= =0.01 mol,根據(jù)化學(xué)方程式MnCO3+H2SO4=MnSO4+CO2↑+H2O得n(MnCO3)=0.01 mol,m(MnCO3)=1.15 g。MnO的質(zhì)量m(MnO)=12.69 g-m(MnO2)-m(MnCO3)=12.69g-8.7g-1.15 g=2.84 g,n(MnO)=0.04 mol,由MnO+H2SO4=MnSO4+H2O得n(MnSO4)=0.04 mol,①步反應(yīng)后的Mn2+總物質(zhì)的量n(Mn2+)=0.01 mol+0.04 mol=0.05 mol,由離子方程式5Mn2++2ClO3—+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+知至少需NaClO3 0.02 mol。
化學(xué)計(jì)算作為一種基本能力,是高考必考的內(nèi)容之一,試題中涉及到的計(jì)算都是一些簡(jiǎn)單的計(jì)算,比如蓋斯定律的計(jì)算、與速率平衡有關(guān)的計(jì)算、與物質(zhì)的量有關(guān)的換算、依據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算等。高考雖然加大了對(duì)化學(xué)計(jì)算的考查,但題目不難,主要是用量的觀點(diǎn)把握化學(xué)知識(shí)、原理過(guò)程等。考場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng),要考出成績(jī),除具備扎實(shí)的基礎(chǔ)和良好的心理素質(zhì)外,良好的解題習(xí)慣,科學(xué)的臨場(chǎng)應(yīng)試策略都是獲取高分的必備的素質(zhì)。
(作者單位:東莞中學(xué)松山湖學(xué)校)
責(zé)任編校 李平安