倍受高考青睐之——“化学计算”

夏庆华

化学计算能从定量的角度考查化学基础知识与化学计算技能，因而倍受高考命题专家的青睐，明确化学计算的常见问题考点，揭示化学计算的解题方法。

一、有关物质的量与粒子数的计算

阿伏加德罗常数正误的判断为载体，考查物质的量与物质的质量、粒子数、标准状况下气体的体积、物质的量浓度等物理量之间的关系。求解此类试题的关键有三点：一是要掌握物质的量与有关物理量之间的关系式;二是要弄清“22.4 L·mol-1”的使用条件;三是要明确在计算溶液中有关粒子的物质的量时，物质的量浓度和溶液的体积二者缺一不可。

例1 设NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（  ）。

A.常温常压下，2.24 L CO完全燃烧生成CO2时转移的电子数为0.2NA

B.1 mol·L-1 Na2SO4溶液中含有Na+的数目为2NA

C.常温常压下，9.8 g H2SO4和H3PO4的混合物中所含氧原子数为0.4NA

D.标准状况下，2.24 L四氯化碳中含有的分子数为0.1NA

解析 尽管CO-2e-→CO2，但常温常压下2.24 L CO的物质的量不是0.1 mol，其完全燃烧生成CO2时转移的电子数不为0.2NA，A 项错误;B项没有给出Na2SO4溶液的体积，无法计算溶液中Na+的物质的量及其数目，B项错误;常温常压下，9.8 g H2SO4和H3PO4的混合物的物质的量为0.1 mol（因H2SO4和H3PO4的摩尔质量均为98 g·mol-1），其所含氧原子数为0.4NA，C项正确;标准状况下四氯化碳为液体，2.24 L四氯化碳的物质的量不是0.1 mol，其含有的分子数不为0.1NA，D项错误。答案为C。

二、有关氧化还原反应的计算

氧化还原反应中得失电子守恒规律的应用，电子守恒法是求解氧化还原反应计算题的法宝。用电子守恒法解题的基本思路是：（1）找出氧化剂、还原剂及相应的氧化产物和还原产物;（2）找出一个原子或一个离子得到（或失去）的电子数;（3）根据题中所给物质的物质的量和得失电子守恒规律列等式求解。

例2 已知：Fe2+的还原性比Br-的强。向100 mL FeBr2溶液中通入5.04 L标准状况下的Cl2，Cl2全部被还原，测得溶液中c（Br-）=c（Cl-）。则原FeBr2溶液中FeBr2的物质的量浓度为（  ）。

A.0.75 mol·L-1  B.1.5 mol·L-1

C.2.0 mol·L-1D.3.0 mol·L-1

解析 因Fe2+的还原性比Br-的强，则向FeBr2溶液中通入Cl2后，Fe2+首先被Cl2氧化，当Fe2+完全被氧化后再氧化Br-。由题意可知，通入Cl2的物质的量为5.04 L÷22.4 L·mol-1=0.225 mol。因Fe2+-e-→Fe3+，Br--e-→1/2Br2，Cl2+2e-→2Cl-;設原FeBr2溶液中FeBr2的物质的量浓度为x，则根据得失电子守恒原则可得：x×0.1 L×1+（x×0.1 L×2-0.225 mol×2）×1=0.225 mol×2，解得x=3.0 mol·L-1。答案为D。

例3 （2010年高考上海化学卷，节选）加碘盐中含碘量为20～50 mg·kg-1。制取加碘盐（含KIO3的食盐）1000 kg，若用KI与Cl2反应制KIO3，至少需要消耗Cl2_______L（标准状况，保留2位小数）。

解析 1000 kg食盐中至少含KIO3的质量为20 mg·kg-1×1000 kg×214127=33.7×103 mg=33.7 g。设需要消耗Cl2的体积为V（Cl2）。因KI-6e-→KIO3，Cl2+2e-→2Cl-;则根据得失电子守恒原则得：3Cl2～KIO3，从而得3×22.4 L∶214 g=V（Cl2）∶33.7 g，解得V（Cl2）=10.58 L。答案为：10.58。

三、有关离子反应的计算

有关离子反应的计算与元素化合物的性质和反应的顺序有关，求解此类题目的关键是要弄清所发生的离子反应和反应的先后顺序。

例3 将2.32 g由Na2CO3和NaOH组成的固体混合物加入足量水溶解配成溶液，然后向此溶液中逐渐滴加1.0 mol·L-1的盐酸，所加盐酸的体积与产生的CO2的体积关系如图1所示。请回答下列问题。

（1）加入盐酸0～25 mL时，按反应的先后顺序，所发生反应的离子方程式依次为_______、_______。

（2）当加入40 mL盐酸时，产生的CO2在标准状况下的体积为_______mL。

（3）原混合物中Na2CO3的物质的量为_______，NaOH的物质的量为_______。

解析 （1）由题意可知，加入盐酸0～25 mL时，没有CO2气体生成，盐酸首先与NaOH反应，然后与Na2CO3反应生成NaHCO3，则按反应的先后顺序，所发生反应的离子方程式依次为：

OH-+H+H2O

CO2-3+H+HCO-3

（2）当加入40 mL盐酸时，与HCO-3反应的盐酸的体积为40 mL-25 mL=15 mL，由离子方程式

HCO-3+H+CO2↑+H2O

可得，产生CO2的物质的量为n（CO2）=n（H+）=1.0 mol·L-1×0.015 L=0.015 mol，其在标准状况下的体积为0.015 mol×22.4 L·mol-1=0.336 L=336 mL。

（3）由反应

CO2-3+H+HCO-3

HCO-3+H+CO2↑+H2O

可知，n（Na2CO3）=

n（NaHCO3）

=n（CO2）=1.0 mol·L-1×（0.045 L-0.025 L）=0.02 mol;其质量为0.02 mol×106 g·mol-1=2.12 g，则NaOH的物质的量为n（NaOH）=（2.32 g-2.12 g）÷40 g·mol-1=0.005 mol。

四、有关金属及其化合物的计算

有关金属及其化合物的计算，主要以金属及其化合物的性质为载体，从定量的角度考查对金属及其化合物性质的理解和计算技能;掌握金属及其化合物的性质和计算方法是解题的关键。

例4 有一块铁的“氧化物”样品，用140 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解，所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2，恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+，则该样品可能的化学式为（  ）。

A.Fe2O3 B.Fe3O4

C.Fe4O5 D.Fe5O7

解析 由反应

2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-

可知，铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中Fe2+的物质的量n（Fe2+）=2n（Cl2）=0.025 mol×2=0.05 mol;根据电荷守恒原则可得，n（Fe2+）×2+n（Fe3+）×3=n（Cl-）×1，即0.05 mol×2+n（Fe3+）×3=5.0 mol·L-1×0.14 L×1，解得n（Fe3+）=0.2 mol;则n（Fe2+）∶n（Fe3+）=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4，从而可知该样品的化学式为FeO·2Fe2O3，即为Fe5O7。答案为D。

五、有关非金属及其化合物的计算

有关非金属及其化合物的计算，主要以非金属及其化合物的性质为载体，从定量的角度考查对非金属及其化合物性质的理解和计算技能。掌握非金属及其化合物的性质和计算方法是解题的关键。

例5 NH3和O2混合气100 mL通过红热的铂网，充分反应后的混合气再通过足量水最终收集到10 mL残留气体，则原混合气中O2的体积不可能是（气体体积在相同条件下测定）（  ）。

A.12.5 mL    B.21.5 mL

C.64.2 mL D.70.0 mL

解析 由题意可知，所发生的反应可能为

①4NH3+5O2催化剂△4NO+6H2O

②4NO+3O2+2H2O4HNO3

（1）若最终收集到10 mL残留气体为NO，且只发生反应①（O2不足，NO没有发生反应②），则O2的体积V（O2）=V（NO）×5/4=10 mL×5/4=12.5 mL。

（2）若最终收集到10 mL残留气体为NO，且反应①和②同时发生（O2不足，NO只有部分发生反应②）;设原混合气中O2的体积为x，NH3的体积为y;则在反应①中，y体积NH3与5y/4体积O2反应生成y体积NO，在反应②中，（y-10 mL）体积NO与3（y-10 mL）/4体积O2反应生成硝酸，从而可得，x+y=100 mL，5y/4+3（y-10 mL）/4＼]=x，解這两个方程得x=64.2 mL。

（3）若最终收集到10 mL残留气体为O2，即O2过量，反应①和②同时发生;将反应①和②叠加得：

NH3+2O2HNO3+H2O

由题意得，V（O2）=（100 mL-10 mL）×2/3+10 mL=70.0 mL。

因此，原混合气中O2的体积不可能是21.5 mL。答案为B。

（收稿日期：2021-07-20）