4.3化学方程式的书写及应用

4.3化学方程式的书写及应用知识知识导航知识精讲知识精讲一、化学方程式的概念、意义与读法1．化学方程式的概念用化学式来表示化学反应的式子，叫做化学方程式。（化学计量数是指化学方程式中每种物质化学式前面的数字，如上述反应中S前面的1，O2前面的1等）2．化学方程式的意义（1）表示反应物、生成物和反应条件。示例：2H2+O22H2O即：反应物是氢气和氧气，生成物是水，反应条件是点燃。（2）表示反应物、生成物之间的质量比，各物质间的质量比=相对分子质量（或相对原子质量）与化学计量数的乘积之比。即示例中各物质之间的质量比为4：32：36。（3）表示反应物、生成物之间的粒子个数比（即化学式前面的化学计量数之比）。示例中各分子之间的个数比为2：1：2。3．化学方程式的读法（以2H2+O22H2O为例)质的方面：硫与氧气在点燃的条件下反应生成二氧化硫。量的方面：在点燃的条件下，每32份质量的硫与32份质量的氧气恰好完全反应，生成64份质量的二氧化硫。二、化学方程式的书写1．化学方程式的书写原则（1）要以客观事实为基础，绝不能随意臆造事实上不存在的物质和化学反应，不能任意编造物质的化学式。（2）要遵守质量守恒定律，等号两边各原子的种类和数目必须相等。2．化学方程式的书写步骤（1）书写步骤：一写、二配、三注、四查。一写：根据实验事实，正确写出反应物和生成物的化学式（反应物在左边，生成物在右边），中间用“─”连接。二配：配平化学方程式，使式子两边各元素原子的数目相等，使化学方程式遵守质量守恒定律。三注：注明化学反应发生的条件，如点燃、加热（常用“”表示）、催化剂等，标出生成物状态，把“─”改成“=”。四查：检查化学式书写是否正确，化学方程式是否配平，反应条件标注是否正确，生成物状态符号是否恰当。（2）符号的使用：生成物中的气体标“↑”（气体符号），溶液中的反应生成物中的沉淀标“↓”（沉淀符号）。若反应物和生成物中都有气体，气体生成物不标注“↑”，溶液中的反应，若反应物和生成物中都有不溶性固体，固体生成物不标注“↓”。3．化学方程式配平的常用方法（1）最小公倍数法（以磷在氧气中燃烧为例）：P+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))P2O5（2）奇数配偶法（以氯酸钾分解为例）：KClO3KCl+O2↑（3）观察法（以碱式碳酸铜分解为例）：Cu2(OH)2CO3CuO+H2O+CO2↑（4）暂定分数分配法（以乙炔在氧气中燃烧为例）：C2H2+O2H2O+CO2三、根据化学方程式计算的依据1．理论依据（1）以客观事实为基础，绝不能凭空臆想、臆造事实上不存在的化学反应。（2）要遵守质量守恒定律，等号两边各原子的种类和数目必须相等。2．基本依据化学方程式中各反应物、生成物之间的质量比。注意：在化学反应中，参加化学反应的各反应物及反应生成的各生成物之间的质量比始终是一个定值。各物质间的质量比实际上是各物质的相对分子质量（或相对原子质量）与其化学式前化学计量数的乘积之比，切勿漏乘化学计量数。四、化学方程式计算的一般步骤1．设：根据题意设未知量。2．写：写出反应的化学方程式。3．关：写出相关物质的化学计量数与相对分子质量（或相对原子质量）的乘积以及已知量、未知量。4．列：列出比例式，求解。5．答：简明地写出答案。【注意事项】（1）设未知数时不带单位；（2）化学方程式要配平；（3）相对分子质量单位为“1”，要与相应的化学计量数相乘；（4）代入计算的量应为纯净物的质量且应带单位；（5）计算结果要带单位；（6）不能漏写答案。五、利用化学方程式的简单计算1.利用化学方程式的简单计算主要包括两种类型：用一定量的反应物最多可得到多少生成物；要制取一定量的生成物最少需要多少反应物。注意：（1）格式要规范，步骤要完整，不是相关量不用标出；（2）正确书写化学方程式是关键，注意配平，注明反应条件，标“↑”“↓”；（3）设未知量x不需要写出单位；（4）计算过程中，各物理量单位要统一，列式每步骤都要带单位；（5）计算时若是气体体积，需换算成质量代入计算，气体的质量（g）=气体的体积（L）×气体的密度（g/L）；（6）计算时代入量必须是纯净物的质量，若物质不纯，必须先换算成纯净物的质量。2.常见类型（1）有关纯净物的化学方程式的计算。化学方程式所表示的反应物和生成物都是纯净物的质量关系，可直接将已知纯净物的质量代入计算。（2）遇到含杂质的不纯物质时，需将不纯物质的质量换算成纯净物的质量，才能代入化学方程式按质量比进行计算。常用的计算公式如下：①不纯物质的化学方程式的计算（杂质不参加反应）a．纯净物的质量=混合物的质量×纯度能力拓展能力拓展考法01化学方程式配平工业上可用二氧化碳和氢气生产甲醇(化学式是CH4O)。该反应微观示意图如下，下列说法不正确的是A．甲醇中碳元素的质量分数为37.5% B．参加反应的甲和乙的分子个数比为1：1C．该反应能有效减少温室气体的排放 D．该反应前后氢元素化合价发生了变化【答案】BC、该反应将二氧化碳转化为甲醇，消耗了二氧化碳，减少了二氧化碳的排放，故正确；D、氢气中氢元素化合价为0，水中氢元素化合价为+1价，故正确；故选B。考法02化学方程式的书写利用太阳能可将甲烷在高温熔融盐环境中转化为，反应原理如图所示。下列说法正确的是A．该反应生成物只有B．Zn和ZnO是总反应的反应物C．反应①产生的CO和的质量比是14：1【答案】D【详解】A、根据图示，该反应生成物不只有H2，还有CO，故A说法错误；B、根据图示，Zn和ZnO可循环利用，不是总反应的反应物，CH4和H2O是总反应的反应物，故B说法错误；故选：D。考法03根据化学方程式计算质量比模型认知是化学研究的重要科学方法。如图是工业制取硝酸第一步反应的微观示意图。下列说法不正确的是A．生成的丙、丁的分子个数比为2：3 B．参加反应的甲、乙的质量比为17：40C．氮元素的化合价在反应前后不变 D．该反应前后分子的种类和个数都发生变化【答案】C【详解】A、根据化学方程式可知，生成的丙、丁的分子个数比=4：6=2：3。A正确；C、反应前NH3中氢的化合价为+1，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的规则，可得N的化合价为－3；反应后生成的NO中氧元素的化合价为－2，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的规则，可得N的化合价为+2。所以氮元素的化合价在反应前后发生变化。C不正确；D、根据化学方程式可知，反应前分子的种类是NH3、O2，反应后分子的种类是NO、H2O，反应前分子的个数是4+5=9，反应后分子的个数是4+6=10。所以该反应前后分子的种类和个数都发生变化。D正确。综上所述：选择C。考法04化学方程式与实验的计算为测定镁和硫酸镁固体混合物中镁元素的质量分数，先称取混合物10g，放入一干净的烧杯中，然后取一定溶质质量分数的稀硫酸100g平均分五次加入其中，充分振荡第1次第2次第3次第4次第5次加入稀硫酸的质量/g2020202020生成气体的总质量/g0.12x0.360.4y下列说法错误的是A．该实验中发生反应的化学方程式：Mg+H2SO4═MgSO4+H2↑B．x＝0.24C．y＝0.4D．混合物中镁元素的质量分数为48%【答案】D【详解】A、镁和稀硫酸反应生成硫酸镁和氢气Mg+H2SO4═MgSO2+H2↑，选项正确；B、第1次加入20g稀硫酸对应生成0.12g氢气，说明每加入20g稀硫酸生成0.12g氢气，因此x＝0.24g，选项正确；C、到第四次时若酸完全反应，应该氢气质量为0.48g，说明此时金属镁完全已经完全反应，第五次加入酸，不会继续产生氢气，因此y＝0.4，选项正确；D、设镁质量为x。x＝4.8g，硫酸镁质量为：10g﹣4.8g＝5.2g硫酸镁中镁元素质量：5.2g××100%＝1.04g故选：D。分层提分分层提分题组A基础过关练【答案】B【详解】A、由分析可得化学计量数a：d=1：2，故A错误；D、44gCO2参加反应时，生成氧气的质量为64g，生成C4H16的质量为16g，根据质量守恒定律，则消耗H2O的质量为16g+64g44g=36g，故D错误；故选：B。2．学习化学重要思维方法之一是在“宏微符”之间建立联系。某化学反应的微观示意图如下，有关该反应说法错误的是A．丁的化学式是N2 B．反应产物对环境无污染C．反应中有两种氧化物 D．反应中甲与丙的分子个数比为1：1【答案】D【详解】A、由图可知，一个丁分子是由2个氮原子构成的，则丁的化学式为N2，故A不符合题意；B、反应的产物为H2O和N2，均对环境无污染，故B不符合题意；C、氧化物是由两种元素组成的化合物，其中一种元素是氧元素，反应物为NH3和NO，产物为H2O和N2，因此含有两种氧化物，故C不符合题意；故选D。3．三氟化氮是微电子工业中一种优良的蚀刻气体，其在一定条件下发生反应的微观示意图如下，下列说法错误的是A．反应物和生成物都是由分子构成的B．该反应属于分解反应C．反应前后，氮和氟的化合价都发生了改变D．反应后生成氮分子和氟分子的个数比为【答案】D【详解】A、由图可知，反应物和生成物都是由分子构成的，该选项说法正确；B、根据化学方程式可知，该反应符合“一变多”的特征，属于分解反应，该选项说法正确；C、反应物为化合物，生成物为两种单质，则氮、氟元素的化合价均发生了变化，该选项说法正确；D、根据化学方程式可知，氮分子和氟分子的个数比为1：3，该选项说法错误。故选D。4．工业上常用氧炔焰切割或焊接金属，一种切割工具如图所示。下列说法错误的是A．调节乙炔和氧气的比例可以改变乙炔的着火点C．氧气用量相对不足时，容易生成炭黑或一氧化碳D．相同条件下，乙炔在氧气中燃烧比在空气中燃烧的火焰温度高【答案】A【详解】A、着火点是可燃物的固有属性，通常不会改变，故A说法错误；C、氧气用量相对不足时，乙炔不充分燃烧，容易生成炭黑或一氧化碳，故C说法正确；D、氧气中氧气浓度比空气中大，则相同条件下，乙炔在氧气中燃烧比在空气中燃烧更充分，火焰温度高，故D说法正确；故选：A。A．反应前后分子种类发生变化 B．反应前后元素种类发生变化C．反应前后分子总数发生变化 D．反应前后原子总数发生变化【答案】A【详解】A、根据化学方程式可知，反应前的分子是氯气分子（Cl2）和氢气分子（H2），反应后的分子是氯化氢分子（HCl），因此分子种类发生了变化，符合题意；B、由化学方程式可知，反应前和反应后都包含氯元素（Cl）和氢元素（H），因此元素种类没有发生变化，不符合题意；C、根据化学方程式可知，反应前的分子总数（1个Cl2分子和1个H2分子，共2个分子）和反应后的分子总数（2个HCl分子）在数值上相等，不符合题意；D、根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数目不变，不符合题意。故选A。题组B能力提升练1．（一）大多数化工生产都有催化剂的参与。(1)化工生产使用催化剂的目的是。(2)某研究小组发现，将适量淀粉放入过氧化氢溶液中，过氧化氢溶液的分解速率加快。对于此现象，该小组同学进行了如下探究：【提出问题】淀粉能否作过氧化氢分解的催化剂？【作出猜想】淀粉能作过氧化氢分解的催化剂。【实验验证】实验步骤实验现象结论及解释Ⅰ.A中无明显现象，B中产生大量能使带火星木条复燃的气体①B中产生的气体是。Ⅱ.向B试管中重新加入5%的过氧化氢溶液，反应停止后过滤、洗涤、干燥、称量滤渣B中又产生大量使带火星木条复燃的气体；滤渣质量为ag②淀粉的在反应前后均没有发生变化，能作过氧化氢分解的催化剂③写出淀粉催化过氧化氢分解的化学方程式：。【实验拓展】④该小组设计了如图1所示装置对比淀粉与二氧化锰的催化效果，实验均以生成25mL气体为准，其他可能的影响因素忽略不计，相关数据见表：实验编号3%过氧化氢溶液的体积其他物质质量待测数据Ⅰ20mL淀粉0.5gaⅡ20mL二氧化锰0.5gb上述实验中“待测数据”是指；若a＞b，则可得出的结论是。⑤温度升高过氧化氢的分解速率会加快，某同学取足量5%的过氧化氢溶液进行加热，如图2所示，可实验中带火星的木条往往难以复燃，请解释原因。（二）．前几年来新冠肺炎肆虐全球，日常出门时需佩戴好口罩。某化学兴趣小组对制作口罩的材料进行了探究。探究一：口罩能燃烧吗？【实验1】取样，点燃，产生火焰，冒黑烟，有特殊气味。【结论1】(3)口罩能燃烧，具有性。探究二：口罩材料的组成元素是什么？【查阅资料】无水硫酸铜是白色固体，遇水变蓝。【实验2】同学们设计如下装置进行探究。(4)相关实验记录如表：实验操作实验现象实验结论连接装置，检查气密性，装入试剂并按上图进行实验。通入O2一段时间后，点燃酒精灯装置B中无水CuSO4由白色变成色口罩燃烧产物中有H2O装置C中澄清石灰水变浑浊口罩燃烧产物中有【结论2】(5)口罩材料中一定含有（填元素符号，下同）元素，可能含有元素。【实验3】为了确定可能含有的元素是否存在，同学们称取18.1g剪碎的口罩样品在足量的氧气中完全燃烧，测得共生成36g水和22g二氧化碳。【结论3】(6)通过计算，口罩材料中一定（填“含”或“不含”）该元素。【答案】(1)改变化学反应的速率(3)可燃(4)蓝二氧化碳/CO2(5)C、HO(6)含【详解】（1）催化剂能改变化学反应的速率，化工生产使用催化剂的目的是改变化学反应的速率。（2）催化剂能改变化学反应速率，且自身的质量和化学性质在化学反应前后保持不变。①B中产生大量能使带火星木条复燃的气体，说明B中产生的气体是氧气；②向B试管中重新加入5%的过氧化氢溶液，反应停止后过滤、洗涤、干燥、称量滤渣，B中又产生大量使带火星木条复燃的气体，且滤渣质量仍为ag，说明淀粉的质量和化学性质在反应前后均没有发生变化，能作过氧化氢分解的催化剂。④小组设计了如图1所示装置对比淀粉与二氧化锰的催化效果，实验均以生成25mL气体为准，其他可能的影响因素忽略不计，则表格中的“待测数据”是指生成25mL气体需要的时间，时间越短，催化剂效果越好。若a＞b，说明二氧化锰催化效果比淀粉好。⑤温度升高过氧化氢的分解速率会加快，某同学取足量5%的过氧化氢溶液进行加热，实验中带火星的木条往往难以复燃，是因为水蒸气不支持燃烧，而过氧化氢溶液中含有水，温度升高时，水蒸发速率加快，导致生成的氧气中混有较多的水蒸气，故填：氧气中混有较多的水蒸气。（3）口罩能燃烧，说明口罩具有可燃性。（4）根据资料，无水硫酸铜是白色固体，遇水变蓝。实验结论是口罩燃烧产物中有H2O，则实验现象是装置B中无水CuSO4由白色变成蓝色；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，装置C中澄清石灰水变浑浊，说明口罩燃烧产物中有二氧化碳。（5）根据（4）的分析，口罩燃烧产物中有H2O、CO2。根据质量守恒定律，化学反应前后，元素种类不变，燃烧是可燃物与氧气发生的反应，反应物中氧气只含氧元素，生成物H2O、CO2中含有C、H、O这3种元素，说明口罩中一定含有C、H元素，可能含有O元素。题组C培优拔尖练1.为了测定某石灰石中碳酸钙的质量，某同学进行了如下实验：称取10.0g石灰石样品高温煅烧，石灰石在高温条件下可生成氧化钙和二氧化碳，实验数据记录如下表(杂质不参与反应)：操作序号1234剩余固体质量/g8.67.36.76.7(1)完全反应后生成的CO2质量是g。【答案】(1)3.3(2)设：石灰石样品中碳酸钙的质量分数为x。x=75%。答：石灰石样品中碳酸钙的质量分数75%。【详解】（1）根据质量守恒定律，反应后固体减少的质量为产生二氧化碳的质量，则完全反应后生成的CO2质量=10g6.7g=3.3g；（2）见答案。反应时间/s0306090120150180固体的质量/g60565145403838请回答下列问题：(1)当石灰石完全反应后，生成CO2的质量为；(2)60g该石灰石中含有碳酸钙的质量是多少？(写出计算过程)【答案】(1)22g(2)解：设60g该石灰石中含有碳酸钙的质量是x。x=50g答：60g该石灰石中含有碳酸钙的质量是50g。【详解】（1）根据质量守恒定律，结合表格数据可知，生成二氧化碳的质量为60g38g=22g；（2）过程见答案。课后巩固练习【答案】B故选B。B．消碳反应的产物是COC．500℃—600℃积碳量增加的原因是积碳反应产生的碳量高于消碳反应消耗的碳量【答案】D【解析】A、由图可知，积碳反应中，甲烷分解为氢气和碳，方程式书写正确，该选项说法正确；B、由图可知，消碳反应中，碳和二氧化碳反应生成一氧化碳，该选项说法正确；C、根据碳元素守恒，当积碳反应产生的碳量高于消碳反应消耗的碳量时，积碳量增加，该选项说法正确；D、由图可知，600℃时，积碳量最高，此时不利于合成气的反应，该选项说法不正确。故选D。3．（新科技——高温超导磁悬浮列车）阅读分析，解决问题：世界之最2021年1月13日，全球第一辆高温超导磁悬浮列车问世，它运用磁铁“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理。运行时速可达620公里每小时，这一发明，再次向世界证明了中国速度。高温超导的“高温”是196℃左右的温度，是相对于270℃至240℃之间的温度而言的，不是我们传统认知里的“高温”。而超导就是超级导电。科学研究发现，当把超导体温度降到一定程度时，电阻会神奇消失，从而具有超级导电性。液氮在磁悬浮列车中发挥着重要的作用，它可在196℃时通过分离液态空气的方法获得。高温超导磁悬浮列车在运行时产生大量的热量，由于液氮具有制冷作用，经过一定的技术手段，向轨道上喷射液氮后，可以降低轨道和车轮的温度，既能保持轨道的超导性。同时也能在列车底部形成气垫，使列车与轨道隔离，减少摩擦和空气产生的气动阻力，大大提高了运行速度。高温超导磁悬浮列车的运行不需要燃油，液氮的来源也比较丰富，有效地降低了运营成本。（1）高温超导的“高温”，所指的温度是。（2）高温超导磁悬浮列车具有环保特性的原因是。（3）液氮在磁悬浮列车系统中的作用是，液氮来源丰富的原因是。（4）高温超导磁悬浮列车上磁铁的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，这种物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做。（5）高温超导磁悬浮列车利用了氮气的化学稳定性，但在一定条件下氮气能与氧气发生反应生成一氧化氮(NO)，用化学方程式可表示为。【答案】（1）196℃左右（2）运行效率高，能够显著降低能源消耗和碳排放（3）用作冷剂、形成气垫液氮可通过分离液态空气的方法获得（4）物理性质【解析】（1）根据“高温超导的‘高温’是196℃左右的温度”可知，高温超导的“高温”，所指的温度是196℃左右；（2）根据“高温超导磁悬浮列车的运行不需要燃油”以及“列车与轨道隔离，减少摩擦和空气产生的气动阻力，大大提高了运行速度”可知，高温超导磁悬浮列车具有环保特性的原因是运行效率高，能够显著降低能源消耗和碳排放；（3）根据“由于液氮具有制冷作用，经过一定的技术手段，向轨道上喷射液氮后，可以降低轨道和车轮的温度，既能保持轨道的超导性。同时也能在列车底部形成气垫，使列车与轨道隔离，减少摩擦和空气产生的气动阻力，大大提高了运行速度”可知，液氮在磁悬浮列车系统中的作用是用作冷剂，用于降低轨道和车轮的温度以保持轨道的超导性；形成气垫，隔离列车与轨道，减少摩擦和气动阻力，提高运行速度；液氮来源丰富的原因是它可以通过分离液态空气的方法获得；（4）物理性质概念是不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做物理性质，高温超导磁悬浮列车上磁铁的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”，这种物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质叫做物理性质；4．（新考法——海水淡化技术）东营临海，海洋为我们生产、提取和改造物质提供了丰富的资源。目前海水淡化技术主要有热分离法和膜分离法。东营港已开建我国最大的膜法海水淡化及综合利用项目。2023年底已建成一期工程，每天生产淡水可达5万吨。东营盐场主要使用“盐田法”（也称“太阳能蒸发法”）从海水中提取出食盐。但制盐过程受天气影响较大，单位土地产出较低，人员占用量大等因素制约，国际上有的国家已经使用电渗析法浓缩海水，蒸发结晶制盐。粗盐精制后可配得饱和食盐水，氯碱工业就是通过电解饱和食盐水的方法得到氢氧化钠、氯气和氢气。进而生产盐酸、漂白粉、塑料、肥皂和农药等化工产品。海水晒盐后的苦卤是重要的化学资源，将苦卤中的氯化镁转化为氢氧化镁沉淀后，又将氢氧化镤转化为氯化镁溶液，最后电解熔融氯化镁制取金属镁。（1）与热分离法相比，膜分离法淡化海水其突出的优点有（写出