第8講　化學(xué)計算的常用方法

[復(fù)習(xí)目標]　1.進一步理解物質(zhì)的量在化學(xué)計算中的“橋梁”作用。2.了解化學(xué)計算的常用方法。3.初步建立化學(xué)計算的思維模型。

考點一　利用差量法計算

1．所謂“差量”就是指反應(yīng)過程中反應(yīng)物的某種物理量之和(始態(tài)量)與同一狀態(tài)下生成物的相同物理量之和(終態(tài)量)的差，這種物理量可以是質(zhì)量、物質(zhì)的量、氣體體積、氣體壓強、反應(yīng)過程中的熱效應(yīng)等。根據(jù)化學(xué)方程式求出理論上的差值(理論差量)，結(jié)合題中的條件求出或表示出實際的差值(實際差量)，根據(jù)比例關(guān)系建立方程式并求出結(jié)果。

2．差量法的解題關(guān)鍵是找準研究對象。

通常有：①固體的質(zhì)量差，研究對象是固體。②氣體的質(zhì)量差，研究對象是氣體。③液體的質(zhì)量差，研究對象是液體。

例　為了檢驗?zāi)澈?span style="font-family: "Times New Roman","serif"">NaHCO₃雜質(zhì)的Na₂CO₃樣品的純度，現(xiàn)將w₁ g樣品加熱，其質(zhì)量變?yōu)?em>w₂ g，請列式計算該樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分數(shù)。

答案　樣品加熱發(fā)生的反應(yīng)為

2NaHCO₃Na₂CO₃＋H₂O＋CO₂↑　Δm

168　　　　　106　　　　　　　　　62

m(NaHCO₃)　　　　　　　　　　　　(w₁－w₂) g

樣品中m(NaHCO₃)＝ g，

樣品中m(Na₂CO₃)＝w₁ g－ g，

其質(zhì)量分數(shù)為×100%＝×100%＝×100%。

1．標準狀況下，將20 L CO₂和CO的混合氣體全部通過足量的Na₂O₂粉末，在相同狀況下，氣體體積減少到16 L，則原混合氣體中CO的體積為(　　)

A．4 L  B．8 L  C．12 L  D．16 L

答案　C

解析　混合氣體中只有CO₂和Na₂O₂反應(yīng)，設(shè)二氧化碳的體積為V(CO₂)，

2CO₂＋2Na₂O₂===2Na₂CO₃＋O₂　　　ΔV

44.8 L　　　　　　　　　　　　　　22.4 L

V(CO₂)　　　　　　　　　　　　　(20－16) L

44．8 L∶22.4 L＝V(CO₂)∶(20－16) L，

解得V(CO₂)＝8 L，

則V(CO)＝(20－8) L＝12 L。

2．16 mL由NO與NH₃組成的混合氣體在催化劑作用下于400 ℃左右可發(fā)生反應(yīng)：6NO＋4NH₃5N₂＋6H₂O(g)，達到平衡時在相同條件下氣體體積變?yōu)?span style="font-family:"Times New Roman","serif"">17.5 mL，計算原混合氣體中NO與NH₃的物質(zhì)的量之比。

答案　<<

解析　6NO＋ 4NH₃5N₂＋6H₂O(g)　ΔV

6　　　4　　　5　　6　　　　1

V(NO)　V(NH₃)　　　　　　　　1.5 mL

V(NO)＝＝9 mL，

V(NH₃)＝＝6 mL，

由此可知共消耗15 mL氣體，還剩余1 mL氣體，假設(shè)剩余的氣體全部是NO，則V(NO)∶V(NH₃)＝(9 mL＋1 mL)∶6 mL＝5∶3，假設(shè)剩余的氣體全部是NH₃，則V(NO)∶V(NH₃)＝9 mL∶(6 mL＋1 mL)＝9∶7，但因該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，剩余氣體實際上是NO、NH₃的混合氣體，故<<。

考點二　利用關(guān)系式法計算

1．關(guān)系式法是一種巧妙利用已知量與未知量之間的關(guān)系進行解題的一種方法，一般適用于多步進行的連續(xù)反應(yīng)，因前一個反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個反應(yīng)的反應(yīng)物，可以根據(jù)中間物質(zhì)的傳遞關(guān)系，找出原料和最終產(chǎn)物的相應(yīng)關(guān)系式。

2．應(yīng)用關(guān)系式法的思維模型

一、關(guān)系式法的基本應(yīng)用

1．200噸含硫40%的黃鐵礦，用接觸法可以制得95%的硫酸(不考慮中間過程的損耗)的質(zhì)量為多少噸？

答案　257.9 t

解析　根據(jù)反應(yīng)前后硫原子數(shù)不變，可得關(guān)系式：2S～FeS₂～2H₂SO₄

即：S　　～ 　H₂SO₄

32　　　　　98

200 t×40%　　　95%·x

32∶98＝(200 t×40%)∶(95%·x)

x≈257.9 t。

2．由NH₃氧化制NO的轉(zhuǎn)化率為96%，NO轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率為92%，現(xiàn)有10 t NH₃，總共可以制得63%的HNO₃多少噸？

答案　51.95 t

解析　氨氧化法制硝酸的原理為4NH₃＋5O₂催化劑△4NO＋6H₂O,2NO＋O₂===2NO₂，3NO₂＋H₂O===2HNO₃＋NO。從以上三個化學(xué)方程式來看，氨與硝酸的關(guān)系式為3NH₃～2HNO₃，但工業(yè)生產(chǎn)上NO要進行循環(huán)利用，經(jīng)過多次循環(huán)后，氨幾乎全部轉(zhuǎn)化為硝酸，則關(guān)系式應(yīng)為NH₃～HNO₃。設(shè)可制得63%的HNO₃的質(zhì)量為x，則＝，解得：x≈51.95 t。

3．用黃鐵礦可以制取H₂SO₄，再用H₂SO₄可以制取化肥(NH₄)₂SO₄。煅燒含FeS₂ 80.2%的黃鐵礦75.0 t，最終生產(chǎn)出79.2 t (NH₄)₂SO₄。已知NH₃的利用率為92.6%，H₂SO₄的利用率為89.8%，試求黃鐵礦制取H₂SO₄時的損失率為______________。

答案　33.4%

解析　設(shè)黃鐵礦的利用率為x，

FeS₂　　～2H₂SO₄　～　2(NH₄)₂SO₄

120　　　　　　　　　　　264

75.0 t×80.2%×89.8%·x　　79.2 t

可得x≈66.6%，則黃鐵礦的損失率為1.00－66.6%＝33.4%。

二、關(guān)系式法在滴定計算中的應(yīng)用

4．硫代硫酸鈉晶體(Na₂S₂O₃·5H₂O，M＝248 g·mol^－1)可用作定影劑、還原劑。

回答下列問題：

利用K₂Cr₂O₇標準溶液定量測定硫代硫酸鈉的純度。測定步驟如下：

(1)溶液配制：稱取1.200 0 g某硫代硫酸鈉晶體樣品，用新煮沸并冷卻的蒸餾水在________中溶解，完全溶解后，全部轉(zhuǎn)移至100 mL的________中，加蒸餾水至________。

(2)滴定：取0.009 50 mol·L^－1的K₂Cr₂O₇標準溶液20.00 mL，硫酸酸化后加入過量KI，發(fā)生反應(yīng)：Cr₂O＋6I^－＋14H^＋===3I₂＋2Cr^3＋＋7H₂O。然后用硫代硫酸鈉樣品溶液滴定，發(fā)生反應(yīng)：I₂＋2S₂O===S₄O＋2I^－。加入淀粉溶液作為指示劑，繼續(xù)滴定，當(dāng)溶液______________________________________________，即為滴定終點。平行滴定3次，樣品溶液的平均用量為24.80 mL，則樣品純度為________%(結(jié)果保留1位小數(shù))。

答案　(1)燒杯　容量瓶　溶液的凹液面與刻度線相切

(2)藍色褪去，且半分鐘內(nèi)不恢復(fù)成原來的顏色　95.0

解析　(1)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，應(yīng)該在燒杯中溶解，冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中，加水至距刻度線1～2 cm處，改用膠頭滴管滴加至溶液的凹液面與刻度線相切。(2)加入淀粉作指示劑，淀粉遇I₂變藍色，加入的Na₂S₂O₃樣品與I₂反應(yīng)，當(dāng)I₂消耗完后，溶液藍色褪去，且半分鐘內(nèi)不恢復(fù)成原來的顏色，即為滴定終點。

由反應(yīng)Cr₂O＋6I^－＋14H^＋===3I₂＋2Cr^3＋＋7H₂O、I₂＋2S₂O===S₄O＋2I^－

得關(guān)系式：

Cr₂O　～　3I₂　～　　　6S₂O

1　　　　　　　　　　　6

0.009 50 mol·L^－1　　　0.009 50 mol·L^－1

×0.02 L　　　　　　×0.02 L×6

硫代硫酸鈉樣品溶液的濃度為，

樣品的純度為×100%＝95.0%。

5．金屬錫的純度可以通過下述方法分析：將試樣溶于鹽酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Sn＋2HCl===SnCl₂＋H₂↑，再加入過量的FeCl₃溶液，發(fā)生如下反應(yīng)：SnCl₂＋2FeCl₃===SnCl₄＋2FeCl₂，最后用已知濃度的K₂Cr₂O₇溶液滴定生成的Fe^2＋，反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeCl₂＋K₂Cr₂O₇＋14HCl===6FeCl₃＋2KCl＋2CrCl₃＋7H₂O?，F(xiàn)有金屬錫試樣0.613 g，經(jīng)上述反應(yīng)后，共用去0.100 mol·L^－1 K₂Cr₂O₇溶液16.0 mL。求試樣中錫的百分含量(假定雜質(zhì)不參加反應(yīng)，錫的相對原子質(zhì)量為119)。

答案　93.2%

解析　Sn與K₂Cr₂O₇物質(zhì)的量的關(guān)系：

3Sn～3SnCl₂～6FeCl₂～K₂Cr₂O₇

3×119 g　　　　　　　1 mol

x　　　　　　　　　　0.100×0.016 mol

x＝＝0.571 2 g，

w(Sn)＝×100%≈93.2%。

6．稱取2.0 g制得的K₂FeO₄樣品溶于適量KOH溶液中，加入足量KCrO₂溶液，充分反應(yīng)后過濾，將濾液轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶定容。取25.00 mL定容后的溶液于錐形瓶，加入稀硫酸酸化，滴加幾滴二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.10 mol·L^－1(NH₄)₂Fe(SO₄)₂標準溶液滴定，終點由紫色變?yōu)榫G色，重復(fù)操作2次，平均消耗(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的體積為26.00 mL。發(fā)生的反應(yīng)有：

FeO＋CrO＋2H₂O===CrO＋Fe(OH)₃↓＋OH^－，2CrO＋2H^＋===Cr₂O＋H₂O，

Cr₂O＋6Fe^2＋＋14H^＋===2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O。

則標準溶液應(yīng)選用________(填“酸式”或“堿式”)滴定管盛放，該K₂FeO₄樣品的純度為________%。

答案　酸式　85.8

解析　FeO～CrO～Cr₂O～3Fe^2＋

1 mol　　　　　　　　　3 mol

n　　　　　　　0.10 mol·L^－1×0.026 L

n＝×0.10 mol·L^－1×0.026 L，

該樣品的純度為×100%＝85.8%。

考點三　利用守恒法計算

守恒法是一種整合的思維方法，運用守恒定律，不糾纏過程細節(jié)，只考慮反應(yīng)體系中研究對象化學(xué)量的始態(tài)和終態(tài)(如反應(yīng)中的原子守恒、得失電子守恒、電荷守恒、化合價升降守恒、能量守恒等)或相互間的關(guān)系(如化合物中的化合價規(guī)則、電解質(zhì)溶液中的電中性原則等)，從而達到速解、巧解化學(xué)試題的目的。

1．質(zhì)量守恒(原子守恒)

依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子的重新組合，反應(yīng)前后各原子的種類和數(shù)目保持不變。

例1　28 g鐵粉溶于稀鹽酸中，然后加入足量的Na₂O₂固體，充分反應(yīng)后過濾，將濾渣加強熱，列式計算最終得到的固體質(zhì)量。

答案　經(jīng)過一系列反應(yīng)后，最終得到的固體為Fe₂O₃，根據(jù)鐵原子守恒：

n(Fe₂O₃)＝n(Fe)＝×＝0.25 mol，所得Fe₂O₃固體的質(zhì)量為0.25 mol×160 g·mol^－1＝40 g。

例2　Co(OH)₂在空氣中加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如圖所示。已知鈷的氫氧化物加熱至290 ℃時已完全脫水。計算并分析A、B、C點物質(zhì)的化學(xué)式。

答案　Co(OH)₂在加熱分解過程中，Co原子的數(shù)目不變。

設(shè)有1 mol Co(OH)₂，質(zhì)量為93 g。則固體中Co的物質(zhì)的量為1 mol，質(zhì)量為59 g。

設(shè)290 ℃后固體的化學(xué)式為CoO_x，

A點固體的相對分子質(zhì)量為93×89.25%≈83，此時x＝1.5，即該固體為Co₂O₃；

B點固體的相對分子質(zhì)量為93×86.38%≈80.3，此時x≈，即該固體為Co₃O₄；

C點固體的相對分子質(zhì)量為93×80.65%≈75，此時x＝1，即該固體為CoO。

2．電荷守恒

在離子方程式中，反應(yīng)前后的陰、陽離子所帶的電荷總數(shù)相等。

例3　將a g Fe₂O₃、Al₂O₃樣品溶解在過量的200 mL pH＝1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe^3＋ 、Al^3＋剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，則NaOH溶液的濃度為________。

答案　0.2 mol·L^－1

解析　當(dāng)Fe^3＋、Al^3＋剛好沉淀完全時，溶液中溶質(zhì)只有硫酸鈉，而Na^＋全部來源于NaOH，且變化過程中Na^＋的量不變。根據(jù)電荷守恒可知：＝，所以，n(NaOH)＝n(Na^＋)＝2n(SO)＝n(H^＋)＝0.1 mol·L^－1×0.2 L＝0.02 mol，c(NaOH)＝＝0.2 mol·L^－1。

例4　在a L Al₂(SO₄)₃和(NH₄)₂SO₄的混合溶液中加入b mol BaCl₂，恰好使溶液中的SO完全沉淀；加入足量強堿并加熱可得到c mol NH₃，則原溶液中Al^3＋的濃度(mol·L^－1)為(　　)

A.                                              B.

C.                                              D.

答案　D

解析　由混合溶液中加入b mol BaCl₂，恰好使溶液中的SO完全沉淀，根據(jù)SO＋Ba^2＋===BaSO₄↓可知n(SO)＝bmol；由加入足量強堿并加熱可得到cmol NH₃，根據(jù)NH＋OH^－NH₃↑＋H₂O可知n(NH)＝c mol，由于溶液不顯電性，設(shè)原溶液中Al^3＋的物質(zhì)的量為x mol，由電荷守恒可知，3x＋c＝2b，所以x＝，由于溶液的體積是a L，所以原溶液中Al^3＋的物質(zhì)的量濃度c(Al^3＋)＝＝ mol·L^－1，故D正確。

3．得失電子守恒(詳見熱點強化　電子守恒法計算及應(yīng)用)

氧化還原反應(yīng)中，元素原子化合價升高的總價數(shù)＝元素原子化合價降低的總價數(shù)，即還原劑失電子的總數(shù)＝氧化劑得電子的總數(shù)。

1．(2021·山東，6)X、Y均為短周期金屬元素，同溫同壓下，0.1 mol X的單質(zhì)與足量稀鹽酸反應(yīng)，生成H₂體積為V₁ L；0.1 mol Y的單質(zhì)與足量稀硫酸反應(yīng)，生成H₂體積為V₂ L。下列說法錯誤的是(　　)

A．X、Y生成H₂的物質(zhì)的量之比一定為

B．X、Y消耗酸的物質(zhì)的量之比一定為

C．產(chǎn)物中X、Y化合價之比一定為

D．由一定能確定產(chǎn)物中X、Y的化合價

答案　D

解析　設(shè)與1 mol X反應(yīng)消耗HCl的物質(zhì)的量為a mol，與1 mol Y反應(yīng)消耗H₂SO₄的物質(zhì)的量為b mol。同溫同壓下，氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，因此X、Y生成H₂的物質(zhì)的量之比一定為，故A正確；X、Y反應(yīng)過程中消耗酸的物質(zhì)的量之比為＝，故B正確；因短周期金屬單質(zhì)與鹽酸或稀硫酸反應(yīng)時，生成的鹽中金屬元素化合價有＋1、＋2、＋3三種情況，因此存在a＝1、2、3，b＝0.5、1、1.5的多種情況，由＝可知，當(dāng)a＝1、b＝0.5時，＝1，當(dāng)a＝2、b＝1時，＝1，兩種情況下X、Y的化合價不同，因此根據(jù)可能無法確定X、Y的化合價，故D錯誤。

2．(2022·浙江6月選考，27)聯(lián)合生產(chǎn)是化學(xué)綜合利用資源的有效方法。煅燒石灰石反應(yīng)：CaCO₃(s)===CaO(s)＋CO₂(g)　ΔH＝＋1.8×10²kJ·mol^－1，石灰石分解需要的能量由焦炭燃燒提供。將石灰石與焦炭按一定比例混合于石灰窯中，連續(xù)鼓入空氣，使焦炭完全燃燒生成CO₂，其熱量有效利用率為50%。石灰窯中產(chǎn)生的富含CO₂的窯氣通入氨的氯化鈉飽和溶液中，40%的CO₂最終轉(zhuǎn)化為純堿。已知：焦炭的熱值為30 kJ·g^－1(假設(shè)焦炭不含雜質(zhì))。請回答：

(1)每完全分解100 kg石灰石(含CaCO₃90%，雜質(zhì)不參與反應(yīng))，需要投料______kg焦炭。

(2)每生產(chǎn)106 kg純堿，同時可獲得______kg CaO(列式計算)。

答案　(1)10.8　(2)＝70

解析　(1)完全分解100 kg石灰石(含CaCO₃90%，雜質(zhì)不參與反應(yīng))，需要吸收的熱量是×180 kJ·mol^－1＝162 000 kJ，已知：焦炭的熱值為30 kJ·g^－1(假設(shè)焦炭不含雜質(zhì))，其熱量有效利用率為50%，所以需要投料焦炭的質(zhì)量是 g×2＝10 800 g＝10.8 kg。

(2)根據(jù)(1)中計算可知消耗焦炭的物質(zhì)的量是＝900 mol，參加反應(yīng)的碳酸鈣的物質(zhì)的量是900 mol，這說明參加反應(yīng)的碳酸鈣和焦炭的物質(zhì)的量之比為1∶1，所以根據(jù)原子守恒可知生成氧化鈣的質(zhì)量是＝70 kg。

3．[2021·湖北1月選考模擬，16(5)]某同學(xué)用5.60 g干燥鐵粉制得無水FeCl₃樣品13.00 g，該次實驗的產(chǎn)率是________。

答案　80.00%

解析　根據(jù)2Fe＋3Cl₂2FeCl₃，可求5.60 g 干燥鐵粉完全轉(zhuǎn)化為FeCl₃的質(zhì)量為×162.5 g·mol^－1＝16.25 g，則產(chǎn)率為×100%＝80.00%。

4．[2022·湖南，15(6)]某實驗小組以BaS溶液為原料制備BaCl₂·2H₂O，并用重量法測定產(chǎn)品中BaCl₂·2H₂O的含量。設(shè)計了如下實驗方案：

①稱取產(chǎn)品0.500 0 g，用100 mL水溶解，酸化，加熱至近沸；

②在不斷攪拌下，向①所得溶液逐滴加入熱的0.100 mol·L^－1 H₂SO₄溶液；

③沉淀完全后，60℃水浴40分鐘，經(jīng)過濾、洗滌、烘干等步驟，稱量白色固體，質(zhì)量為0.466 0 g。

產(chǎn)品中BaCl₂·2H₂O的質(zhì)量分數(shù)為__________(保留三位有效數(shù)字)。

答案　97.6%

解析　由題意可知，硫酸鋇的物質(zhì)的量為＝0.002 mol，依據(jù)鋇原子守恒，產(chǎn)品中BaCl₂·2H₂O的物質(zhì)的量為0.002 mol，質(zhì)量為0.002 mol×244 g·mol^－1＝0.488 g，質(zhì)量分數(shù)為×100%＝97.6%。

5．(2019·北京，26改編)化學(xué)小組用如下方法測定經(jīng)處理后的廢水中苯酚的含量(廢水中不含干擾測定的物質(zhì))。

Ⅰ.用已準確稱量的KBrO₃固體配制一定體積的a mol·L^－1 KBrO₃標準溶液。

Ⅱ.取v₁ mL上述溶液，加入過量KBr，加H₂SO₄酸化，溶液顏色呈棕黃色。

Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入v₂ mL廢水。

Ⅳ.向Ⅲ中加入過量KI。

Ⅴ.用b mol·L^－1Na₂S₂O₃標準溶液滴定Ⅳ中溶液至淺黃色時，滴加2滴淀粉溶液，繼續(xù)滴定至終點，共消耗Na₂S₂O₃溶液v₃ mL。

已知：①I₂＋2Na₂S₂O₃===2NaI＋Na₂S₄O₆

②Na₂S₂O₃和Na₂S₄O₆溶液顏色均為無色

③＋3Br₂―→＋3HBr

計算廢水中苯酚的含量為________________g·L^－1(苯酚摩爾質(zhì)量：94 g·mol^－1)。

答案　

解析　n(BrO)＝av₁×10^－3mol，根據(jù)反應(yīng)BrO＋5Br^－＋6H^＋===3Br₂＋3H₂O可知n(Br₂)＝3av₁×10^－3mol，溴分別與苯酚和KI反應(yīng)，先計算由KI消耗的溴的量，設(shè)為n₁(Br₂)，根據(jù)I₂＋2Na₂S₂O₃===2NaI＋Na₂S₄O₆可知I₂～2Na₂S₂O₃，又Br₂＋2I^－===I₂＋2Br^－可知Br₂～I₂，可得Br₂～2Na₂S₂O₃，n(Na₂S₂O₃)＝bv₃×10^－3mol，n₁(Br₂)＝bv₃×10^－3mol，再計算由苯酚消耗的溴的量，設(shè)為n₂(Br₂)＝n(Br₂)－n₁(Br₂)＝(3av₁－bv₃)×10^－3mol，苯酚與溴水反應(yīng)的計量數(shù)關(guān)系為3Br₂～C₆H₅OH，n(C₆H₅OH)＝n₂(Br₂)＝(av₁－bv₃)×10^－3mol，廢水中苯酚的含量為＝ g·L^－1。

課時精練

1．將a L NH₃通過灼熱的裝有鐵觸媒的硬質(zhì)玻璃管后，氣體體積變?yōu)?em>b L(氣體體積均在同溫同壓下測定)，該b L氣體中NH₃的體積分數(shù)是(　　)

A.                                             B.

C.                                              D.

答案　C

解析　設(shè)參加反應(yīng)的氨氣體積為x，則

2NH₃鐵觸媒高溫N₂＋3H₂　ΔV

2 L　　　　　　　　2 L

x　　　　　　　　　(b－a) L

x＝(b－a) L

所以氣體中NH₃的體積分數(shù)為＝。

2．把足量的鐵粉投入硫酸和硫酸銅的混合溶液中，充分反應(yīng)后過濾，所得金屬粉末的質(zhì)量與原鐵粉的質(zhì)量相等，則原溶液中H^＋與SO的物質(zhì)的量濃度之比為(　　)

A．1∶4                                             B．2∶7

C．1∶2                                             D．3∶8

答案　A

解析　設(shè)原溶液中H₂SO₄和CuSO₄的物質(zhì)的量分別為x mol、y mol。

Fe＋CuSO₄===FeSO₄＋Cu　Δm(固體質(zhì)量增加)

56 g 1 mol　　　　　64 g　8 g

56y g ymol　　　　64y g　8yg

Fe＋H₂SO₄===FeSO₄＋H₂↑　Δm(固體質(zhì)量減少)

56 g 1 mol　　　　　　　　　56 g

56x g xmol　　　　　　　　56x g

因為在反應(yīng)前后固體質(zhì)量相等，所以Δm(減)＝Δm(增)，即：56x＝8y，

＝＝＝，則＝＝。

3．將12 g鐵片放入150 mL的CuSO₄溶液中，當(dāng)溶液中的Cu^2＋全部被還原時，鐵片質(zhì)量增加0.3 g，則原CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度是(　　)

A．0.125 mol·L^－1                               B．0.175 mol·L^－1

C．0.25 mol·L^－1                                 D．0.50 mol·L^－1

答案　C

解析　設(shè)原溶液中硫酸銅的物質(zhì)的量為x mol，則：

Fe＋CuSO₄===FeSO₄＋Cu　Δm

1 mol　　　　　　　　8 g

x mol　　　　　　　　0.3 g

1 mol∶x mol＝8 g∶0.3 g

解得x＝0.037 5，硫酸銅的物質(zhì)的量濃度為＝0.25 mol·L^－1。

4．常溫下，某氮的氣態(tài)氧化物15.6 L與過量的氫氣混合，在一定條件下反應(yīng)，使之生成液態(tài)水和無污染的氣體單質(zhì)?；謴?fù)到原狀態(tài)，反應(yīng)后氣體體積比反應(yīng)前氣體體積減小了46.8 L，則原氮的氧化物的化學(xué)式為(　　)

A．N₂O₃                                            B．NO₂

C．NO                                               D．N₂O

答案　A

解析　設(shè)該氮氧化合物的分子式為N₂O_x，化學(xué)方程式為N₂O_x＋xH₂===N₂＋xH₂O，相同條件下參加反應(yīng)的氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比也等于其化學(xué)計量數(shù)之比，

N₂O_x＋xH₂===N₂＋xH₂O　ΔV

1　　　　　　　　　　　x

15.6 L　　　　　　　　　46.8 L

則1∶x＝15.6 L∶46.8 L，x＝3，所以其化學(xué)式為N₂O₃。

5．將21.8 g Na₂O₂與Na₂O的混合物投入足量的水中溶解，稱得水溶液增重18.6 g，則原混合物中Na₂O₂與Na₂O的物質(zhì)的量之比是(　　)

A．1∶1  B．1∶2  C．2∶1  D．2∶3

答案　C

解析　2Na₂O₂＋2H₂O===4NaOH＋O₂↑　 Δm

156 g　　　　　　　　　　　　　32 g

M　　　　　　　21.8 g－18.6 g＝3.2 g

Na₂O₂的質(zhì)量m＝156 g×＝15.6 g，

氧化鈉的質(zhì)量是21.8 g－15.6 g＝6.2 g，

原混合物中Na₂O₂與Na₂O的物質(zhì)的量之比為∶＝2∶1。

6．3.87 g含KCl和KBr的樣品溶于水配成溶液，向溶液中加入過量AgNO₃溶液，充分反應(yīng)后，產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量為6.63 g，則原樣品中鉀元素的質(zhì)量分數(shù)為(　　)

A．24.1%  B．40.3%  C．25.9%  D．48.7%

答案　B

解析　KCl和KBr與AgNO₃溶液反應(yīng)生成AgCl和AgBr沉淀，固體的質(zhì)量發(fā)生了變化，實質(zhì)是由于K變成了Ag造成的，故可用差量法進行計算。

K　～　Ag　　　Δm

39　　108　　　　69

m　　　　　　　6.63 g－3.87 g＝2.76 g

解得m＝1.56 g，鉀元素的質(zhì)量分數(shù)為×100%≈40.3%。

7．將15 mL 2 mol·L^－1 Na₂CO₃溶液逐滴加入到40 mL 0.5 mol·L^－1 MCl_n鹽溶液中，恰好將溶液中的M^n＋完全沉淀為碳酸鹽，則MCl_n中n值是(　　)

A．4  B．3  C．2  D．1

答案　B

解析　M的化合價為＋n，Na₂CO₃與MCl_n反應(yīng)對應(yīng)的關(guān)系式為

2M^n＋　　　　　～　　　　　　nCO

2　　　　　　　　　　　　　　n

0.04 L×0.5 mol·L^－1　0.015 L×2 mol·L^－1

解得n＝3。

8．用足量的CO還原13.7 g某鉛氧化物，把生成的CO₂全部通入到過量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后質(zhì)量為8.0 g，則此鉛氧化物的化學(xué)式是(　　)

A．PbO  B．Pb₂O₃  C．Pb₃O₄  D．PbO₂

答案　C

解析　設(shè)此鉛氧化物的化學(xué)式為Pb_xO_y，

Pb_xO_y～y[O]～yCO～yCO₂～yCaCO₃

16y　　　　　　　　100y

m(O)＝1.28 g　　　　8.0 g

所以m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g，

x∶y＝∶＝3∶4。

9．在氧氣中燃燒0.22 g硫和鐵組成的混合物，使其中的硫全部轉(zhuǎn)化為二氧化硫，把這些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩幔@些硫酸可用10 mL 0.5 mol·L^－1氫氧化鈉溶液完全中和，則原混合物中硫的百分含量為(　　)

A．72%  B．40%  C．36%  D．18%

答案　C

解析　S與O₂反應(yīng)生成SO₂，進而被氧化為SO₃，SO₃與水反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)：H₂SO₄＋2NaOH===Na₂SO₄＋2H₂O。n(H₂SO₄)＝n(NaOH)＝×0.01×0.5 mol＝0.002 5 mol，根據(jù)硫原子守恒，可知n(S)＝0.002 5 mol，w(S)＝×100%≈36%。

10．某同學(xué)設(shè)計如下實驗測定綠礬樣品(主要成分為FeSO₄·7H₂O)的純度，稱取11.5 g綠礬產(chǎn)品，溶解，配制成1 000 mL溶液；分別量取25.00 mL待測溶液于錐形瓶中，用硫酸酸化的0.010 00 mol·L^－1高錳酸鉀溶液滴定至終點，消耗高錳酸鉀溶液的平均體積為20.00 mL。根據(jù)數(shù)據(jù)計算該綠礬樣品的純度約為(　　)

A．94.5%                                          B．96.1%

C．96.7%                                           D．97.6%

答案　C

解析　高錳酸根離子與亞鐵離子反應(yīng)的離子方程式為MnO＋5Fe^2＋＋8H^＋===Mn^2＋＋5Fe^3＋＋4H₂O，n(KMnO₄)＝20.00×10^－3 L×0.010 00 mol·L^－1＝2.0×10^－4 mol，則n(FeSO₄·7H₂O)＝5n(KMnO₄)＝1.0×10^－3 mol，w(FeSO₄·7H₂O)＝×100%≈96.7%。

11．向一定量的Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄的混合物中加入150 mL 4 mol·L^－1的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，放出2.24 L NO(標準狀況)，往所得溶液中加入KSCN溶液，無紅色出現(xiàn)。若用足量的H₂在加熱條件下還原相同質(zhì)量的混合物，所得到的鐵的物質(zhì)的量為(　　)

A．0.25 mol                                       B．0.2 mol

C．0.3 mol                                         D．0.35 mol

答案　A

解析　由題意可知，混合物中的Fe元素全部轉(zhuǎn)化為Fe(NO₃)₂，根據(jù)N元素守恒可得，n[Fe(NO₃)₂]＝(0.15 L×4 mol·L^－1－)×＝0.25 mol，則n(Fe)＝0.25 mol，所以用足量的H₂在加熱條件下還原相同質(zhì)量的混合物，所得到的鐵的物質(zhì)的量為0.25 mol。

12．已知某加碘鹽(含KIO₃的食鹽)中含碘量為25.4～50.0 mg·kg^－1。現(xiàn)有1 000 kg該加碘鹽，計算：

(1)該加碘食鹽中至少含碘________mol。

(2)若用KI與Cl₂反應(yīng)制KIO₃，標準狀況至少需要消耗多少體積的Cl₂(寫出計算過程)?

答案　(1)0.2

(2)用KI與Cl₂反應(yīng)制KIO₃的反應(yīng)為KI＋3Cl₂＋3H₂O===KIO₃＋6HCl，根據(jù)KI～3Cl₂～KIO₃可知，則至少需要消耗標準狀況下Cl₂的物質(zhì)的量為0.2 mol×3＝0.6 mol，體積為0.6 mol×22.4 L·mol^－1＝13.44 L

解析　(1)已知某加碘鹽(含KIO₃的食鹽)中含碘量為25.4～50.0 mg·kg^－1；則1 000 kg該加碘食鹽中至少含碘25.4 g，I的物質(zhì)的量為＝0.2 mol。

13．工業(yè)中將含有較多Ca^2＋、Mg^2＋的水稱為硬水。測定某水域的鈣硬度、鎂硬度(每升水中含Ca^2＋或Mg^2＋的質(zhì)量，單位：mg·L^－1)的過程如下：

①取50.00 mL水樣，控制溶液的pH＝10，以鉻黑T為指示劑，用0.010 00 mol·L^－1 EDTA標準溶液滴定硬水中鈣和鎂的總含量至終點，消耗EDTA標準溶液30.00 mL。

②另取50.00 mL水樣，加入10% NaOH溶液至pH＝12.5，加入鈣指示劑，用0.010 00 mol·L^－1 EDTA標準溶液滴定硬水中鈣的含量至終點，消耗EDTA標準溶液20.00 mL。

已知：Ca^2＋、Mg^2＋與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)比均為1∶1。

(1)向硬水中加入石灰，可使Ca^2＋、Mg^2＋沉淀，以達到軟化硬水的目的。寫出Ca(OH)₂和Ca(HCO₃)₂反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)“加入10% NaOH溶液至pH＝12.5”的目的是_____________________________

________________________________________________________________________。

(3)計算該水樣的鈣硬度、鎂硬度(寫出計算過程)。

答案　(1)Ca(OH)₂＋Ca(HCO₃)₂===2CaCO₃↓＋2H₂O

(2)使Mg^2＋轉(zhuǎn)化為Mg(OH)₂沉淀，避免影響鈣含量的測定

(3)n(Ca^2＋)＝0.010 00 mol·L^－1×20.00 mL×10^－3 L·mL^－1＝2.000×10^－4 mol，

鈣硬度為＝160 mg·L^－1，

n(Mg^2＋)＝0.010 00 mol·L^－1×(30.00－20.00) mL×10^－3 L·mL^－1＝1.000×10^－4 mol，

鎂硬度為＝48 mg·L^－1。

14．聚合硫酸鐵[Fe₂(OH)_6－2n(SO₄)_n]_m廣泛用于水的凈化。以FeSO₄·7H₂O為原料，經(jīng)溶解、氧化、水解聚合等步驟，可制備聚合硫酸鐵。

(1)將一定量的FeSO₄·7H₂O溶于稀硫酸，在約70 ℃下邊攪拌邊緩慢加入一定量的H₂O₂溶液，繼續(xù)反應(yīng)一段時間，得到紅棕色黏稠液體。H₂O₂氧化Fe^2＋的離子方程式為____________；

水解聚合反應(yīng)會導(dǎo)致溶液的pH________(填“增大”或“減小”)。

(2)測定聚合硫酸鐵樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)：準確稱取液態(tài)樣品3.000 g，置于250 mL錐形瓶中，加入適量稀鹽酸，加熱，滴加稍過量的SnCl₂溶液(Sn^2＋將Fe^3＋還原為Fe^2＋)，充分反應(yīng)后，除去過量的Sn^2＋。用5.000×10^－2mol·L^－1K₂Cr₂O₇溶液滴定至終點(滴定過程中Cr₂O與Fe^2＋反應(yīng)生成Cr^3＋和Fe^3＋)，消耗K₂Cr₂O₇溶液22.00 mL。

①上述實驗中若不除去過量的Sn^2＋，樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)的測定結(jié)果將________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

②該樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)為________________。

答案　(1)2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O　減小　(2)①偏大　②12.32%

解析　(1)Fe^2＋具有還原性，在溶液中被氧化成Fe^3＋，H₂O₂具有氧化性，其還原產(chǎn)物為H₂O，則H₂O₂氧化Fe^2＋的離子方程式為2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O；H₂O₂氧化后的溶液為Fe₂(SO₄)₃溶液，Fe₂(SO₄)₃發(fā)生水解反應(yīng)：Fe₂(SO₄)₃＋(6－2n)H₂OFe₂(OH)_6－2n(SO₄)_n＋(3－n)H₂SO₄，Fe₂(OH)_6－2n(SO₄)_n聚合得到聚合硫酸鐵，根據(jù)水解方程式知，水解聚合反應(yīng)會導(dǎo)致溶液的酸性增強，pH減小。(2)①根據(jù)題意，Sn^2＋能將Fe^3＋還原為Fe^2＋，發(fā)生的反應(yīng)為Sn^2＋＋2Fe^3＋===Sn^4＋＋2Fe^2＋，還原性：Sn^2＋>Fe^2＋，實驗中若不除去過量的Sn^2＋，則加入的K₂Cr₂O₇先氧化過量的Sn^2＋再氧化Fe^2＋，導(dǎo)致消耗的K₂Cr₂O₇溶液的體積偏大，則樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)的測定結(jié)果將偏大。②實驗過程中消耗的n(Cr₂O)＝5.000×10^－2 mol·L^－1×22.00×10^－3 L＝1.100×10^－3mol，由滴定時Cr₂O→Cr^3＋和Fe^2＋→Fe^3＋，根據(jù)得失電子守恒得反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O＋6Fe^2＋＋14H^＋===6Fe^3＋＋2Cr^3＋＋7H₂O，可得微粒的關(guān)系式：Cr₂O～6Fe^2＋，則n(Fe^2＋)＝6n(Cr₂O)＝6×1.100×10^－3mol＝6.6×10^－3mol，根據(jù)Fe元素守恒，樣品中鐵元素的質(zhì)量m(Fe)＝6.6×10^－3mol×56 g·mol^－1＝0.369 6 g，樣品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)w(Fe)＝×100%＝12.32%。