初中化学竞赛集训教学设计8：《根据化学方程式的计算》

初中化学竞赛集训教学设计8：《根据化学方程式的计算》一、核心知识点与命题意义本期内容聚焦《根据化学方程式的计算》核心模块，该知识点是化学计算的重中之重，主要涵盖以下四大要点：根据化学方程式推导反应物与生成物的质量比；纯物质、不纯原料（或产品）及混合物参与反应的计算；多步连续反应的计算；反应物过量问题的计算。从近年化学竞赛命题趋势来看，压轴计算题多围绕化学方程式展开，且多数试题需运用巧解技巧简化计算流程、提升解题效率。因此，本教学设计重点剖析竞赛中常用的四大巧解方法，结合典型例题深化理解，为竞赛备考提供系统性参考。二、巧解方法剖析与典型例题（一）质量守恒法：抓守恒关系简化计算质量守恒法的核心是利用化学反应前后某一元素（或原子团）的质量不变、物质总质量不变等守恒关系，跳过繁杂的中间步骤直接建立已知量与未知量的关联。【例1】有一在空气中暴露过的KOH固体，经分析测得其中含水2.8%、K₂CO₃37.3%。取1g该样品投入10g质量分数为18.25%的盐酸中，充分反应后，用10g质量分数为18.5%的KOH溶液中和多余的酸。求蒸发反应后溶液得到的固体质量。【解析】本题若采用常规解法，需分步计算K₂CO₃、原样品中KOH、过量盐酸与KOH反应生成的KCl质量，步骤繁琐。通过分析反应本质可知：KOH、K₂CO₃与盐酸反应的最终产物均为KCl，根据氯元素守恒，盐酸中氯元素的质量与反应后KCl中氯元素的质量相等。建立关系式：HCl~KCl相对分子质量：HCl=36.5，KCl=74.5已知量：盐酸质量=10g×18.25%设生成KCl的质量为x列比例式：[\frac{36.5}{74.5}=\frac{10g\times18.25%}{x}]解得：[x=\frac{10g\times18.25%\times74.5}{36.5}=3.725g]（二）平均值法：利用平均量筛选答案平均值法适用于混合物反应计算，通过计算混合物的平均相对分子质量（或平均组成、平均质量分数等），结合各组分的相关量与平均值的大小关系，快速筛选符合条件的选项。【例2】取10g某碳酸盐混合物与足量盐酸充分反应，生成4.4g二氧化碳。该混合物可能是（）A.K₂CO₃和MgCO₃B.Na₂CO₃和CaCO₃C.MgCO₃和BaCO₃D.Na₂CO₃和K₂CO₃【解析】设混合物的平均化学式为MCO₃（M代表金属离子或铵根离子），平均相对分子质量为A。反应方程式：MCO₃+2HCl=MCl₂+H₂O+CO₂↑质量关系：A~44已知量：混合物质量=10g，CO₂质量=4.4g列比例式：[\frac{A}{44}=\frac{10g}{4.4g}]解得：A=100即混合物中两种碳酸盐的相对分子质量需满足“一种大于100，一种小于100”（或其中一种等于100）。对照各选项：K₂CO₃(138)、MgCO₃(84)：138>100，84<100（符合）Na₂CO₃(106)、CaCO₃(100)：106>100，100=100（不符合）MgCO₃(84)、BaCO₃(197)：84<100，197>100（符合）Na₂CO₃(106)、K₂CO₃(138)：均大于100（不符合）答案：A、C（三）关联式法：整合多步反应找关系关联式法适用于多步连续反应的计算，通过整合各步化学方程式，消去中间产物，建立已知量与最终未知量的直接关系式，简化计算流程。【例3】工业上常用“漂白粉中氯气的质量分数（x%）”衡量漂白粉质量，x%=（漂白粉与酸反应生成的Cl₂质量/漂白粉质量）×100%。漂白粉[主要成分为Ca(ClO)₂和CaCl₂]与稀硫酸反应的化学方程式为：Ca(ClO)₂+CaCl₂+2H₂SO₄=2CaSO₄+2Cl₂↑+2H₂O为测定某漂白粉的x%，进行如下实验：称取2g该漂白粉，加水溶解配成250mL溶液；取出25mL溶液，加入适量KI溶液和过量稀硫酸，Cl₂与KI完全反应生成I₂；生成的I₂恰好被31.6g质量分数为1%的Na₂S₂O₃溶液消耗，反应方程式为：Cl₂+2KI=2KCl+I₂；2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI试计算该漂白粉的x%。【解析】多步反应的关键是建立“Cl₂与Na₂S₂O₃”的直接关联式，消去中间产物I₂。整合反应方程式得关联式：Cl₂~2Na₂S₂O₃相对分子质量：Cl₂=71，2Na₂S₂O₃=316已知量：Na₂S₂O₃质量=31.6g×1%设25mL溶液中生成Cl₂的质量为x列比例式：[\frac{71}{316}=\frac{x}{31.6g\times1%}]解得：x=0.071g则250mL溶液中Cl₂的总质量为：[0.071g\times\frac{250mL}{25mL}=0.71g]漂白粉的x%为：[\frac{0.71g}{2g}\times100%=35.5%]（四）特殊值法：赋特殊值解无数据计算特殊值法适用于无明确数据（或数据不足）的计算，通过赋予关键物质特殊的质量、相对分子质量或物质的量（如1mol、式量数值等），将抽象计算转化为具体数值计算。【例4】向KI溶液中加入AgNO₃溶液至沉淀完全，反应后溶液的质量恰好等于原KI溶液中溶质的质量。求该AgNO₃溶液中溶质的质量分数。（反应方程式：KI+AgNO₃=AgI↓+KNO₃）【解析】根据反应方程式，1molKI与1molAgNO₃反应生成1molAgI沉淀。由题意“反应后溶液质量=原KI溶液中溶质质量”，推导质量关系：反应前后溶液质量变化：m(KI溶液)+m(AgNO₃溶液)m(AgI沉淀)=m(反应后溶液)已知m(反应后溶液)=m(KI溶质)，且m(KI溶液)=m(KI溶质)+m(溶剂)，代入得：m(AgNO₃溶液)=m(AgI沉淀)赋予特殊值：设AgI的质量=其相对分子质量=235g（即1molAgI），则AgNO₃溶液的质量=235g。由反应方程式可知，生成1molAgI需1molAgNO₃，AgNO₃的质量=其相对分子质量=170g（1molAgNO₃的质量）。因此，AgNO₃溶液中溶质的质量分数为：[\frac{170g}{235g}\times100%\approx72.3%]三、竞赛强化练习由X、Y、Z三种物质各10g组成的混合物，加热充分反应后，生成16gZ、8g新物质M，剩余若干克X。则X和Y反应的质量比是（）A.1:1B.1:3C.2:5D.3:55.85gNaCl样品（混有少量某盐类杂质），与足量AgNO₃溶液反应后生成14.4g沉淀。可能混入的盐是（）A.KClB.CaCl₂C.BaCl₂D.MgCl₂在含1.17gNaCl和0.84gNaF的溶液中，加入过量AgNO₃溶液，产生2.87g沉淀。由此可推断（）A.AgF难溶于水B.NaCl全部参加反应C.NaF全部参加反应D.NaF和AgNO₃不反应在天平两端各放一个盛有等质量、等溶质质量分数盐酸的烧杯，调平天平。向左边烧杯中加入3.6g铝粉，为使天平平衡，右边烧杯中应加入镁粉的质量为（）A.3.6gB.3.5gC.3.49gD.3.7g同温同压下，相同体积的任何气体含相同数目的分子。现有a升H₂与CO的混合气体，完全燃烧后消耗a/2升O₂，则混合气体中H₂和CO的体积比是（）A.2:1B.1:2C.1:1D.任意比同温同压下，相同体积的任何气体含相同数目的分子。在密闭容器中，H₂、O₂、Cl₂的混合气体经电火花引爆后恰好完全反应，冷却后所得溶液溶质质量分数为33.4%。原混合气体中H₂、O₂、Cl₂的分子数目比为（）A.1:1:1B.3:2:1C.1:2:3D.9:4:1取MnO₂和KClO₃的混合物加热制取氧气，初始时MnO₂的质量分数为20%，加热一段时间后变为25%。求KClO₃的分解率。锌粉、铝粉、铁粉、镁粉的混合物a克，与一定质量的25%稀硫酸恰好完全反应，蒸发水分后得到不含结晶水的固体b克。求反应生成氢气的质量。由NaOH、NaHCO₃和一种不反应、受热不分解的杂质组成的固体混合物17.11g，放入密闭容器中加热至250℃充分反应，生成的气体通入过量澄清石灰水，得到2.500g白色沉淀。残留固体冷却后溶于水制成50.00mL溶液，取出10.00mL溶液，恰好与含1.825gHCl的25.00mL盐酸中和至中性。求原混合物中杂质的质量分数。四、练习答案与解析C提示：根据质量守恒定律，反应前总质量=10g+10g+10g=30g，反应后总质量仍为30g。反应后含16gZ、8gM及剩余X，剩余X质量=30g16g8g=6g，参加反应的X质量=10g6g=4g，Y完全反应（质量10g），故X与Y的质量比=4g:10g=2:5。B、D提示：假设5.85g全为NaCl，与AgNO₃反应生成AgCl沉淀14.35g。实际沉淀14.4g，说明杂质中氯元素质量分数大于NaCl（Cl%≈60.68%）。各选项Cl%：KCl≈47.65%、CaCl₂≈63.96%、BaCl₂≈34.17%、MgCl₂≈74.77%，符合条件的为B、D。B、D提示：1.17gNaCl（0.02mol）完全反应生成0.02molAgCl（2.87g），与题中沉淀质量一致，说明NaCl全部反应；若NaF与AgNO₃反应生成AgF沉淀，总沉淀质量会大于2.87g，故NaF不反应且AgF易溶于水。C提示：天平平衡的关键是两端增重净质量相等。铝与盐酸反应：2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，3.6gAl反应增重=（48×3.6g）/54=3.2g。镁与盐酸反应：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑，设需Mg质量为x，增重3.2g，則x=（24×3.2g）/22≈3.49g。D提示：反应方程式2H₂+O₂=2H₂O、2CO+O₂=2CO₂，相同体积的H₂或CO燃烧均消耗1/2体积O₂，故无论体积比如何，总耗氧量均为混合气体体积的1/2。D提示：反应为H₂+Cl₂=2HCl、2H₂+O₂=2H₂O，HCl溶于水形成盐酸。设Cl₂分子数为x、O₂为y，则H₂分子数为x+2y，HCl分子数为2x，H₂O分子数为2y。溶液质量分数=（73x）/（73x+36y）×100%=33.4%，解得x:y=1:4，故分子数比为（1+8）:4:1=9:4:1。63.8%提示：设初始混合物质量为m，MnO₂质量=0.2m，反应后混合物质量=0.2m/25%=0.8m，生成O₂质量=0.2m。由2KClO₃=2KCl+3O₂↑，得参加反应的KClO₃质量=（245×0.2m）/96≈0.5104m，原KClO₃质量=0.8m，分解率=（0.5104m/0.8m）×100%≈63.8%。（ba）/48提示：固体质量增加量（ba）g为硫酸根离子质量。由SO₄²⁻~H₂，得H₂质量=2（ba）/96=（ba）/48g。2.98%提示：①由CaCO₃=2.500g，得CO₂=1.100g；②由2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，得分解的N