2024高考化学课件 发展素养(三) 模型认知-化学计算的常用方法

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化学常用计量发展素养(三)

模型认知——化学计算的常用方法探究点1

关系式法在化学计算中的应用探究点2差量法在化学计算中的应用探究点3

守恒法在化学计算中的应用作业手册探究命题角度发展核心素养化学计算是要求学生具备的关键能力之一,计算过程是被隐去的,涉及工艺流程题、综合实验中产率计算、滴定相关的计算、化学反应原理等,能够熟练掌握物质的量与其他各物理量之间的转化关系,在此基础上结合化学反应进行分析,灵活应用“关系式法”“差量法”“守恒法”等重要方法,是确保计算准确、快速的关键所在[证据推理与模型认知]化学计算是以定量的方式,通过对化学反应过程的分析、推理等,确定相关量的逻辑关系,熟练应用一定的计算技巧,建立化学计算解题模型探究点1关系式法在化学计算中的应用1.在求“已知量”和“待求量”之间的关系式时,一定要找出“中间量”(该“中间量”可在前一个化学反应中作生成物,而在下一个化学反应中作反应物),并通过改变相关化学方程式的化学计量数使“中间量”的计量数变成同一个数值,从而建立“已知量”和“待求量”之间的化学计量数之比,即关系式。2.具体步骤如下例1[2021·山东卷节选]利用碘量法测定WCl6产品纯度,实验如下:(1)称量:将足量CS2(易挥发)加入干燥的称量瓶中,盖紧称重为m1g;开盖并计时1分钟,盖紧称重为m2g;再开盖加入待测样品并计时1分钟,盖紧称重为m3g,则样品质量为

g(不考虑空气中水蒸气的干扰)。

[解析]称量时加入足量的CS2,盖紧称重为m1g,由于CS2易挥发,开盖时要挥发出来,称量的质量要减少,开盖并计时1分钟,盖紧称重m2g,则挥发出的CS2的质量为(m1-m2)g,再开盖加入待测样品并计时1分钟,又挥发出(m1-m2)g的CS2,盖紧称重为m3g,则样品质量为m3g+2(m1-m2)g-m1g=(m3+m1-2m2)g。

【信息解读】信息指引

①“称量”:关键词——“足量CS2”“易挥发”;

②“滴定”涉及转化:WCl6→Na2WO4,及题给三个离子方程式解题关键变式题测定三草酸合铁酸钾K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中铁的含量。(1)称量mg样品于锥形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的颜色变化是

。

出现粉红色

(2)向上述溶液中加入适量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的表达式为

。

[方法技巧]多步滴定实验中数据处理的方法(1)连续滴定:第一步滴定反应生成的产物,还可以继续参加第二步的滴定。根据第二步滴定的消耗量,可计算出第一步滴定的反应物的量。(2)返滴定:第一步用的滴定剂是过量的,然后第二步再用另一种物质返滴定计算出过量的物质。根据第一步加入的量减去第二步中过量的量,即可得出第一步所求物质的物质的量。探究点2

差量法在化学计算中的应用1.“差量”一般是指某一化学反应前后某一物理量的差值。2.解题步骤(1)准确写出有关反应的化学方程式。(2)深入细致地分析题意,关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”,该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。(3)根据反应方程式,从“实际差量”寻找比例关系,列比例式求解。例2[2021·全国甲卷节选]胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水,难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾,并测定其结晶水的含量。回答下列问题:(1)结晶水测定:称量干燥坩埚的质量为m1,加入胆矾后总质量为m2,将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。根据实验数据,胆矾分子中结晶水的个数为

(写表达式)。

(2)下列操作中,会导致结晶水数目测定值偏高的是

(填标号)。

①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少量胆矾迸溅出来

【信息解读】信息指引

①“将坩埚加热至胆矾全部变为白色”→减少质量为结晶水的质量;

②“测定值偏高”→导致水蒸气的质量偏大或是无水硫酸铜的质量偏小的操作解题关键

①根据减少的水蒸气的物质的量与剩余的无水硫酸铜的物质的量之比等于结晶水的数目,找出等量关系进行求解;

②分析实验操作对水蒸气及无水硫酸铜测量值的影响,进而得出结论变式题如图是1.00gMgC2O4·nH2O晶体放在坩埚里从25℃徐徐加热至700℃分解时,所得固体产物的质量(m)随温度(t)变化的关系曲线。(已知100℃以上才会逐渐失去结晶水,并约在230℃时完全失去结晶水)试回答下列问题:(1)MgC2O4·nH2O中n=

。

2

(2)通过计算确定C点固体的化学式:

。

(要求写出推断过程)MgC2O4·H2O

(3)通过计算确定从E点到F点过程中的化学方程式:

。

(要求写出推断过程)MgC2O4MgO+CO↑+CO2↑

探究点3

守恒法在化学计算中的应用守恒法的应用原理及解题步骤应用原理所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两种物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中有各种各样的守恒,如质量守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒等解题步骤第一步明确题目要求解的量第二步根据题目中要求解的量,分析反应过程中物质的变化,找出守恒类型及相关的量第三步根据守恒原理,梳理出反应前后守恒的量,列式计算求解例3[2022·浙江卷]某同学设计实验确定Al(NO3)3·xH2O的结晶水数目。称取样品7.50g,经热分解测得气体产物中有NO2、O2、HNO3、H2O,其中H2O的质量为3.06g;残留的固体产物是Al2O3,质量为1.02g。计算:(1)x=

(写出计算过程)。

9

(2)气体产物中n(O2)=

mol。

0.0100

变式题[2021·浙江卷]将3.00g某有机物(仅含C、H、O元素,相对分子质量为150)样品置于燃烧器中充分燃烧,依次通过吸水剂、CO2吸收剂,燃烧产物被完全吸收。实验数据如下表:

吸水剂CO2吸收剂实验前质量/g20.0026.48实验后质量/g21.0830.00

吸水剂CO2吸收剂实验前质量/g20.0026.48实验后质量/g21.0830.00请回答:(1)燃烧产物中水的物质的量为

mol。

(2)该有机物的分子式为

(写出计算过程)。0.0600C4H6O6

吸水剂CO2吸收剂实验前质量/g20.0026.48实验后质量/g21.0830.00

1234567891011淀粉溶液95%探究点一关系式法在化学计算中的应用

12345678910112.

[2023·辽宁辽南协作体模拟]用以下方法测定亚硝酰氯(NOCl)纯度:取所得液体样品mg溶于水,配制成250mL溶液,取出25.00mL,以K2CrO4溶液为指示剂,用cmol·L-1AgNO3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液的体积为bmL。已知Ag2CrO4为不溶于水的砖红色沉淀;常温下Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=1.8×10-12。(1)滴定时,应使用

(填“酸式”或“碱式”)滴定管。

(2)滴定达到终点的标志是

。

(3)亚硝酰氯的质量分数为

(用计算式表示即可)。

1234567891011酸式滴加最后半滴AgNO3溶液时,恰好有砖红色沉淀生成,且半分钟不变色

1234567891011

123456789101182.50%

12345678910114.

BaCl2·xH2O中结晶水数目可通过重量法来确定:①称取1.222g样品,置于小烧杯中,加入适量稀盐酸,加热溶解,边搅拌边滴加稀硫酸到沉淀完全,静置;②过滤并洗涤沉淀;③将盛有沉淀的滤纸包烘干并中温灼烧;转入高温炉中,反复灼烧到恒重,称得沉淀质量为1.165g。回答下列问题:计算BaCl2·xH2O中的x=

(要求写出计算过程)。12345678910112探究点二

差量法在化学计算中的应用

1234567891011

12345678910115.0.80gCuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示。请回答下列问题:12345678910111234567891011(1)试确定200℃时固体物质的化学式:

。

CuSO4·H2O

1234567891011(2)取270℃所得样品,于570℃灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体,该反应的化学方程式为

。

把该黑色粉末溶解于稀硫酸中,经浓缩、冷却,有晶体析出,该晶体的化学式为

,其存在的最高温度是

。

CuSO4CuO+SO3↑CuSO4·5H2O102℃(2)由分析可知,270℃时样品为CuSO4,CuSO4于570℃灼烧得到黑色粉末和一种氧化性气体,即CuO和SO3;CuO溶于稀硫酸得CuSO4溶液,经浓缩、冷却、结晶析出CuSO4·5H2O,由图可知CuSO4·5H2O存在的最高温度为102℃。6.正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。但钴的资源匮乏,限制了其进一步发展。Co(OH)2在空气中加热时,固体残留率随温度的变化如图所示。1234567891011(1)已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水,则1000℃时,剩余固体的成分为

(填化学式)。

(2)350~400℃时,剩余固体的成分为

(填化学式)。

1234567891011CoO

Co2O3、Co3O4

7.在空气中加热10.98g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品,受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质,其质量如下表。1234567891011温度范围/℃固体质量/g150~2108.82290~3204.82890~9204.50(1)加热到210℃时,固体物质的化学式为

。

CoC2O4

(2)经测定,加热到210~310℃过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物,此过程发生反应的化学方程式为

。

12345678910113CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2

12345678910112∶1

探究点三

守恒法在化学计算中的应用(2)NaClO溶液的物质的量浓度为

mol·L-1(写出计算过程)。

12345678910111.2

9.

[2023·湖北武汉部分重点学校联考]测定Na2CO3样品中NaHCO3含量:ⅰ.称取产品2.500g,用蒸馏水溶解,定容于250mL容量瓶中;ⅱ.移取25.00mL上述溶液于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.1000mol·L-1盐酸标准溶液滴定至溶液由粉红色变为无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1mL;ⅲ.在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.1000mol·L-1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2mL;ⅳ.平行测定三次,V1平均值为22.25,V2平均值为23.51。1234567891011回答下列问题:(1)指示剂N为

,第二滴定终点的现象是

。

1234567891011甲基橙滴入最后半滴盐酸标准溶液,溶液由黄色变为橙色,且30s内不恢复[解析](1)在第一次滴定时,由于达到滴定终点时溶液显碱性,故M选酚酞作指示剂;在第二次滴定时,发生反应NaHCO3+HClNaCl+CO2↑+H2O,故N选甲基橙作指示剂;第二滴定终点的现象为滴入最后半滴盐酸标准溶液时,溶液由黄色变为橙色,且30s内不恢复。(2)Na2CO3中NaHCO3的质量分数为

(保留三位有效数字)。

(3)第一滴定终点时,某同学仰视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果

(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。12345678910114.23%

偏小(3)在第一次滴定过程中仰视读数,导致V1偏大,Na2CO3含量偏高,则NaHCO3含量偏小。

1234567891011

第一次第二次第三次滴定前读数/mL0.000.120.20滴定后读数/mL19.9821.5220.22(1)加入指示剂为

。

淀粉溶液[解析](1)淀粉溶液遇碘变蓝,滴定过程中存在碘单质的变化,故指示剂为淀粉溶液。(2)产品的纯度为

(写表达式)。1234567891011

[解析](2)本滴定实验的原理为CCl3CHO在碱性条件下生成HCOO-,而HCOO-被碘单质氧化,再用Na