高考化学 运用终态分析法 巧解计算题

运用终态分析法巧解化学计算题终态分析法是利用逆向思维方式，以与待求量相关的物质（离子、分子或原子）在变化终态的存在形式为解题的切入点，找出已知量与待求量之间的关系，不考虑中间变化过程的一种快捷有效的解题方法。在一些多步反应或多种混合物的计算中，由于涉及到反应繁多、数据不一或变化过程复杂，解题时如果逐一去分析这些反应或过程，按部就班的进行计算，往往会纠缠不清，导致思维混乱，不但费时费力，而且极易出错，甚至无法解答。但如果我们淡化中间过程，关注最终组成，利用守恒关系进行整体分析，就会简化思维，从而快速求解。一、 分析反应产物，利用元素守恒求解例1：向一定量Fe、Fe2O3的混合物中加入250mL2molL-1的HNO3溶液，反应完成后生成1.12LNO（标准状况），再向反应后溶液中加入1molL-1NaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加入NaOH溶液的体积最少是（）A、450mL B、500mL C、400ml D、不能确定分析：此题涉及多个反应，若全部写出化学方程式来计算显得十分繁琐，要使铁元素完全沉淀，但不能确定铁元素最终以Fe(OH)2或Fe(OH)3出现，HNO3是否过量也不能确定，因而顺向求解比较困难。若忽略中间反应过程，运用终态寻求守恒关系，即可迅速求解。1.12L22.4Lmol-1解答：要使铁元素恰好完全沉淀，最后溶液必为NaNO3溶液，由原子守恒有n(NaOH)=n(NO3)=n(HNO3)n(NO)，即0.25L2molL-1 V(NaOH)1molL-1，所以V(NaOH)0.45L450mL。答案为A 。例2：有一在空气中暴露过的KOH固体，经分析知其含水2.8%，含K2CO337.3%，其余为KOH。现取1g样品加入到25mL2molL-1的盐酸中，多余盐酸用1.0molL-1KOH溶液33.9mL恰好完全中和，蒸发中和后溶液可得到固体（）A、1g B、 3.725g C、 0.797g D、2.836g分析：将样品加入到盐酸中发生反应K2CO3+2HCl2KCl+CO2+H2O、KOH+HClKCl+H2O，反应后盐酸剩余，加入KOH又发生反应。该题虽涉及反应不多，但数据较多，用常规方法很难解答。运用终态法分析：思路1：始态K2CO3、KOH，终态KCl，利用K守恒求解；思路2：始态HCl，终态KCl，利用Cl守恒求解。在思路1中要注意K有2个来源：一是样品中，二是后来加入的KOH (容易忽略)，这种方法涉及到多步计算，既有物质的量的运算又有质量的运算，比较繁且易出错。因此采用思路2中的Cl守恒一步到位，比较简单。解答：据题意反应结束后溶质只有KCl可知：n(KCl)n(Cl)=n(HCl)0.025L2molL-10.05molm(KCl)0.05mol74.5gmol-13.725g。答案为B。例3.把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧得到红棕色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为（）A70% B52.4% C47.6% D30%分析：把铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，生成了Al3+和Fe2+，再加入过量NaOH溶液，Al3+转化为AlO2留在溶液中；Fe2+生成Fe(OH)2沉淀。过滤后对沉淀进行灼烧得到红棕色粉末为被氧化和分解生成的Fe2O3。在此过程中涉及反应多且无具体数据，按常规方法计算容易出错。112160解答：根据始态合金与终态Fe2O3的质量相等，而铁在整个反应过程中守恒，所以合金中铝的量等于Fe2O3中氧的量，即w(Fe) 100%70%，选A。10.030.0CB0V(HCl)/ml沉淀质量m/g1.16A例4. 将NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体的混合物放入足量水中，得到浑浊液。向该浑浊液中逐滴加入1.00molL-1HCl，生成沉淀的质量与所加体积的关系如图所示。则原混合物中含MgCl2_g，含AlCl3_g，含NaOH_g，C点所加盐酸的体积为_mL。分析：由图象可知，三种固体的混合物放入水中时，NaOH过量， 则：1.16g58gmol-1n(MgCl2)=nMg(OH)2 0.02molm(MgCl2)=0.02mol95gmol-11.90gn(AlCl3)=n(AlO2)=n(H+)=0.02L1.00molL-1=0.02molm(AlCl3)=0.02mol133.5gmol-12.67g本题的难点是求NaOH的质量和C点盐酸的体积。因起始NaOH过量，则发生反应有：AlCl33NaOH = Al(OH)33NaCl、Al(OH)3NaOH =NaAlO22H2O、MgCl22NaOH = Mg(OH)22NaCl；加入盐酸时，发生反应有：HClNaOH =NaClH2O、HClNaAlO2H2O=NaCl+Al(OH)3、2HClMg(OH)2=MgCl22H2O、3HClAl(OH)3=AlCl33H2O。如果循规蹈矩，按照以上方程式去求，必然会被这些反应所困扰，难于下手。解答：用终态分析法，B点沉淀达到最大值，说明Mg2+、Al3+已完全变为沉淀，溶液中仅含NaCl。则n(NaOH)=n(NaCl)=n(Cl)=2n(MgCl2)+3n(AlCl3)+n(HCl)=20.02mol+30.03mol+0.03L1.00molL-1=0.13mol，即混合物中m(NaOH)=0.13mol40gmol-1=5.2g 。C点：沉淀恰好完全溶解，溶液中溶质为AlCl3、 MgCl2、NaCl，与起始的AlCl3、MgCl2、NaOH相比，AlCl3、MgCl2未发生任何变化，而NaOH转变为NaCl。因此，C点所加HCl可看作中和原有的NaOH。所以C点的体积为0.13mol1molL-1=0.13L，即130mL。二、分析反应过程中电子转移，根据氧化还原反应中电子守恒求解例5：足量铜与一定量浓硝酸反应得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO 的混合气体，这些气体与1.68LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5molL1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是( )A60mL B45mL C30mL D15mL5molL1NaOHCuHNO3Cu(NO3)2NO2N2O4NOHNO3O2 Cu(OH)2分析：根据题意可将题中的反应过程表示如下：从中我们可以看出：在整个反应过程中失电子的物质为Cu，而得电子的物质为O2，HNO3中的N元素在整个过程中最终没有变价（即反应前与反应后的价态相同）。因此利用氧化还原反应中得失电子守恒规律得出：n(Cu)2=n(O2)4，n(Cu)=2n(O2)=0.15mo