灵活运用解题技巧_突破高考计算问题

灵活运用解题技巧 突破高考计算问题高考改革后的化学计算问题的难度大大降低，更加注重对知识的理解与应用，以及计算思路与方法的考查，削减了数学计算容量，恢复了化学计算题的本质。这一信号告诉我们，在复习过程中，不要将化学计算简单地看作数学应用题，而要侧重解题方法与技巧的探究。一、高考化学计算题的特点近几年，化学计算问题一方面要求考生能够综合运用化学理论及元素化合物知识，研究物质的组成与变化，强调研究化学式（或化学方程式）的特点及相关联系，并从中比较、转化、演绎，确定有关已知量的关系。另一方面，注重解题思想与策略的探讨，要求考生能熟练运用正向推理、逆向分析、双向推联等思维方式，及守恒法、差量法、关系式法、极值法等解题策略。化学计算主要以基本概念、基本理论、元素化合物知识为载体，新高考中化学计算素材的重要着眼点之一就是注重体现“化学与社会”、“化学与技术”、“化学生活”的关系，显示化学计算与社会、生产、生活的广泛联系，使化学计算的视角更为广阔。例如，化工计算、环境的污染与治理的计算等。二、突破高考化学计算题的技巧（一）守恒法守恒法就是巧妙地选择化学式中某量始终保持不变，或几个连续的化学反应前后某粒子（如原子、电子、离子等）的物质的量保持不变，作为解题的依据，变中找不变，抓住不变量，建立等量关系，快速得出问题的答案，从而提高解题的速度和准确性。化学中有多种守恒关系，复习时要理顺各种守恒关系之间的内在联系，绝大部分守恒关系都是由质量守恒定律衍生出来的，应从具体应用中挖掘出各种守恒关系在不同情形下的不同形式。常用的守恒方法有：质量守恒；电子得失守恒；原子守恒；电荷守恒等。1原子守恒原子守恒是指化学反应前后，原子的种类和数目不会发生变化。对于复杂的化学反应，常常省略中间过程的探究，确定恒定物理量，直接利用原子守恒关系，列式求解。【例1】（2009年四川理综卷）向m g镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸，恰好完全反应生成标准状况下的气体b L。向反应后的溶液中加入c mol/L氢氧化钾溶液V mL，使金属离子刚好沉淀完全，得到的沉淀质量为n g。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止，得到固体p g。则下列关系不正确的是（ ）ABCn=m+17VcD5/3p17m/9 解析：Mg、Al的混合物中加入适量的稀硫酸，恰好完全反应，溶液中只有MgSO4、Al2(SO4)3两种物质，据质量守恒关系有m(Mg2+)+m(Al3+)=mg。向反应后的溶液中加入c mol/L氢氧化钾溶液V mL，使金属离子刚好沉淀完全，生成的沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3，据质量守恒可知，沉淀的质量应为Mg2+、Al3+离子的质量与OH的质量之和，所以有m(沉淀)= m(Mg2+)+m(Al3+)+m(OH)=mg+V103Lcmol/L=( m+1.7102Vc)g。答案：C特别提醒：原子守恒法常用于多步反应的计算，有机物分子式的确定，混合物中组分的确定等。解题关键是从整体考虑，忽略中间复杂的反应过程，寻找不变量，据此列出原子守恒关系式。2电荷守恒电荷守恒是指在电解质溶液中，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数，溶液整体不显电性。【例2】（2009年全国理综卷I）将15mL 2molL1 Na2CO3溶液逐滴加入到40mL 0.5 molL1MCln盐溶液中，恰好将溶液中的Mn+离子完全沉淀为碳酸盐，则MCln中的n值是（ ）A4 B3 C2 D1解析：据题意可知，Na2CO3溶液与MCln盐溶液反应生成碳酸盐沉淀，溶液中只含有溶质NaCl，溶液呈电中性，则有 n(Na+)=n(Cl)，即2molL10.015L2=0.5 molL10.04Ln，解得n=3。答案：B特别提醒：电荷守恒法常用于确定某化合物的具体组成，计算溶液中某一离子的浓度，电解和电镀的有关计算，比较溶液中离子浓度的大小，判断溶液的酸碱性等。解题的关键是将溶液中所有的阴离子和阳离子全部罗列出来，正确表示出溶液中阳离子、阴离子物质的量（或物质的量浓度）的关系式。3电子得失守恒电子得失守恒是指物质在发生氧化还原反应时，氧化剂得到的电子总数一定等于还原剂失去的电子总数，无论是自发进行的氧化还原反应，还是原电池或电解池中均如此。【例3】（2009年全国理综卷）物质的量之比为25的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是（ ）A14B15C23D25解析：锌与稀硝酸反应的过程中：ZnZn2+，NO31/2N2O。设参加反应的Zn、HNO3的物质的量分别为2amol、5amol，其中被还原的HNO3为n(HNO3)，反应结束后锌没有剩余，根据氧化还原反应中得失电子守恒可知：2amol2e= n(HNO3)4e，解得n(HNO3)=amol，那么未被还原的HNO3的物质的量为5amolamol=4amol，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比为amol4amol=14。答案：A特别提醒：电子得失守恒法常用于氧化还原反应中氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的有关计算及电解过程中电极产物的有关计算等。电子得失守恒法解题的步骤是：首先找出氧化剂、还原剂及其物质的量以及单个氧化剂、还原剂粒子得失电子总数，然后根据电子得失守恒列出等式：n(氧化剂)单个氧化剂粒子得电子总数=n(还原剂)单个还原剂粒子失电子总数，利用这一等式，解氧化还原反应计算问题，可化难为易，化繁为简。（二）差量法“差量法”是指不考虑变化过程，利用最终态（生成物）与最初态（反应物）的量的变化来求解的方法，通常把化学反应过程中引起的一些物理量的增量或减量放在化学方程式的右端，作为已知量或未知量，利用各对应量成正比关系求解，其中“差量”可以是物质的量差，对于固体和液体而言，差量不能是质量差、粒子个数差；对于气体，差量还可以是同温同压下的体积差。【例4】（2009年全国理综卷I）为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现将w1 g样品加热，其质量变为w2 g，则该样品的纯度（质量分数）是（ ）A B C D解析：（解法一，常规法）假设样品中有x mol NaHCO3固体，则有，据样品加热前后固体质量的关系，有w1 gx mol84g/mol+0.5x mol106g/mol=w2g，解得x=( w1w2)/31 mol ，那么NaHCO3的质量为m(NaHCO3)=( w1w2)/31 mol84g/mol=84( w1w2)/31 g，从而推知Na2CO3的质量为m(Na2CO3)= w1 g84( w1w2)/31 g =(84 w253 w1)/31 g，因此Na2CO3样品的纯度为(Na2CO3)= m(Na2CO3)/m(样品)= 。（解法二，差量法）NaHCO3固体受热分解，固体反应物与生成物存在质量差值：，列出关系式：，解得m(NaHCO3)=84( w1w2)/31 g，则m(Na2CO3)= w1 g84( w1w2)/31 g =(84 w253 w1)/31 g，因此Na2CO3样品的纯度为(Na2CO3)= m(Na2CO3)/m(样品)= 。特别提醒：解题关键是分析出引起差量的原因，只有当差值与始态量或终态量存在比例关系，且化学计量的差值必须是同一物理量时，才能用“差量法”解题。（三）关系式法关系式法是指根据中间产物的传递关系，找出初始原料和最终产物的关系式，快速、准确地解出答案的计算方法，常应用于多步连续反应（即前一个反应的产物是后一个反应的反应物）。【例5】（2009年海南化学卷）用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0g，则此铅氧化物的化学式是（ ）APbOBPb2O3CPb3O4DPbO2解析：设铅氧化物的化学式为PbxOy，与CO发生反应：PbxOy+yCO=xPb+yCO2；生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，发生反应：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。据此可得关系式：PbxOy yCO2y CaCO3，则有，列式有：，解得x/y=3/4，则铅的氧化物为Pb3O4。答案：C特别提醒：用关系式法解题的关键是建立关系式，而建立关系式的一般途径有利用微粒守恒建立关系式；利用化学方程式之间物质的量的关系建立关系式；利用化学方程式的加和建立关系式等。（四）极端假设法极端假设法就是先将解题思路引向极端状况，使问题简化以顺利得出结论，然后再回过头来认识现实问题的方法。【例6】在一体积固定的密闭容器中进行反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L。当反应达到平衡时，各物质的浓度可能存在的数据是（ ）ASO2为0.4mol/L，O2为0.2mol/L BSO2为0.25mol/LCSO2和SO3均为0.15mol/L DSO3为0.4mol/L解析：根据极值法进行分析。若平衡向正反应方向移动，达到平衡时SO3的浓度最大为0.4mol/L，而SO2和O2的浓度最小为0；若平衡向拟反应方向移动，达到平衡时SO3的浓度最小为0，而SO2和O2的最大浓度分别为0.4mol/L、0.2mol/L，考虑该反应为可逆反应，反应不能向任何一个方向进行到底，因此平衡时SO3的浓度应0c(SO3)0.2mol/L，0c(O2)0.4mol/L，0c(SO2)0.4mol/L。SO2反应转化成SO3，而SO3分解则生成SO2，那么c(SO3)+ c(SO2)=0.2mol/L+0.2mol/L=0.4mol/L，B项错误。答案：B特别提醒：常用来判断混合物的组成，判断平衡混合物中各组分含量的范围等。极端假设法解题的关键是合理将问题假设成某种“极值状态”，进行极端分析，一般来说，对于混合物成分的确定，常把混合物看作单一某一组分进行讨论；对于化学平衡来说，常假设可逆反应向某一反应方向进行到底，再进行讨论。（五）十字交叉法十字交叉法是一种利用差量关系进行简化计算的数学运算技巧，是有关混合物计算中有中间值关系用图示速算的一种常用解题方法，因此具有形象直观、运算简捷的特点。【例7】（2009年全国理综）已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H=571.6kJmol1CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l) H=890kJmol1 现有H2与CH4的混合气体112L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3695kJ。则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（ ）A11B13C14D23解析：由题给热化学方程式可知，1molH2和1molCH4完全燃烧放出的热量分别为285.8kJ、890kJ。标准状况112LH2与CH4的混合气体（即5mol），完全燃烧生成CO2和H2O(l)，放出的热量为3695kJ，则1molH2与CH4的混合气体完全燃烧放出的热量为739kJ。根据“十字交叉法”，则有，那么n(H2) n(CH4)=151kJ453.2kJ=13。 答案：B特别提醒：此法经常在溶液的混合、平均相对分子质量、平均热量、气体密度等方面应用。原理及图示：用a、b表示两种组分A、B的某一“特性数量”，c表示介于a、b之间（acb）的该“特性数量”的平均值（中间值），n(A)/n(B)表示A组分与B组分的份数比，则有，即n(A)/n(B)=(bc)/(ca)，其中a、b、c可以是物质的量浓度、平均相对分子质量、摩尔质量、密度、热量等。（六）平均值法 平均值法是一种将数学平均原理应用于化学计算的解题方法，其依据的数学原理是：两个数M1和M2（M1M2）的平均值一定介于二者之间（M1M2），因此只要求出两组分物质的某种“特性数量”平均值，就可以判断两物质“特性数量”M1和M2的取值范围，再结合题给条件即可迅速求出合理答案。【例8】两种金属混合物共15g，投入足量的盐酸中，充分反应后得到11.2LH2（标准状况），则原混合物的组成肯定不能为（ ）AMg和Ag BZn和Cu CAl和Zn DAl和Cu解析：本题可用平均摩尔电子质量（即提供1mol电子所需的质量）法求解。反应中H+被还原生成H2，由题意可知15g金属混合物可提供1mole，其平均摩尔电子质量为15。选项中金属Mg、Zn、Al的摩尔电子质量分别为12、32.5、9，其中不能与盐酸反应的Ag和Cu的摩尔电子质量看作。根据数学上的平均值原理可知原混合物中一种金属的摩尔电子质量大于15，另一种金属的摩尔电子质量小于15。答案：B特别提醒：混合物的许多化学特性具有加合性，均可求出平均值，属于这类“特性数量”的有：相对分子质量、密度、同条件下的体积份数、物质的量浓度、反应热、平均组成等。平均值法解题范围广泛，特别适合于缺少数据而不能直接求解的混合物判断问题。（七）讨论法讨论法的主要特点是物质的变化因条件的不同有多种可能性，或变化的结果有多种可能性，或条件和结果均不确定，必须在一定范围内加以确定，为此要通过全面分析，逐项加以研究。【例9】（2009年上海化学卷）实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之后，所得固体中含金属单质为18g，则该氧化物粉末可能是（ ）AFe2O3和MnO2BMnO2和V2O5CCr2O3和V2O5 DFe3O4和FeO解析：铝粉与金属氧化物发生氧化还原反应，题目中没有给出金属氧化物粉末的质量，应分情况进行讨论。（1）若铝粉完全反应：n(Al)=9g/(27gmol1)=1/3mol，反应中转移电子的物质的量为1/3mol3=1mol，则生成金属的摩尔电子质量（转移1mol电子生成金属的质量）为18g/mol。A项生成Fe的摩尔电子质量为56g/3mol=18.67g/mol，生成Mn的摩尔电子质量为55g/4mol=13.75g/mol，结合数学平均值原理可知，A项正确。同理分析，B、C项不可能生成18g金属单质；D项Al完全反应时，生成Fe的质量大于18g。 （2）若铝粉不完全反应：Al有剩余，而金属氧化物有剩余时，据（1）中分析，D项生成金属单质的质量可能为18g。答案：A、D特别提醒：解题关键是（1）正确写出两种反应物以不同物质的量混合时，发生反应的化学方程式，这是思考、分析此类计算题的基础；（2）依据写出的生成不同产物的化学方程式，确定过量反