242012届创新设计高考化学二轮专题复习课件：方法与技巧专题4 化学计算题的学科思想整合

专题四化学计算题的学科思想整合一、什么是学科思想学科思想，简单地说就是本学科的学科观点、学科方法、学科思维模式和理念。它是建立在对本学科基本知识的深入学习和领会的基础，概括形成的一种分析问题和解决问题的原则性策略和能力。二、学科思想在化学计算中的意义化学计算是化学学科能力要求的基本技能之一。形成和掌握化学计算中的学科思想，对常见化学计算题中数据信息的提取和接受、因果关系的建立和转化、方法的选择和使用，计算的步骤和技巧，结论的表述和表达都具有准确、高效、灵活、快捷的实际意义。三、常见化学计算中的学科思想1．守恒思想2．差量思想3．极值思想4．平均值思想5．关系式思想6．平衡转化思想守恒思想的应用【典例1】常温下，将amol·L－1CH3COOH溶液与bmol·L－1NaOH溶液(0a0.2,0b0.2)等体积混合。下列有关推论不正确的是()。A．若混合后溶液的pH＝7，则c(Na＋)＝c(CH3COO－)，且a略大于bB．若a＝2b，则c(CH3COO－)c(Na＋)c(H＋)c(OH－)C．若2a＝b，则c(Na＋)c(CH3COO－)c(OH－)c(H＋)D．若混合溶液满足：c(OH－)＝c(H＋)＋c(CH3COOH)，则可推出a＝b点拨由电荷守恒得：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，再结合pH＝7，即c(H＋)＝c(OH－)，可得出c(Na＋)＝c(CH3COO－)，中性时，CH3COOH要稍过量，所以a略大于b，A正确；若a＝2b，则反应后为等物质的量浓度的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液，该溶液中CH3COOH的电离程度大于CH3COO－的水解程度，溶液显酸性，B正确；若2a＝b，则反应后为等物质的量浓度的CH3COONa和NaOH的混合溶液，其中c(OH－)c(CH3COO－)，C不正确；若混合溶液满足：c(OH－)＝c(H＋)＋c(CH3COOH)，这一关系式符合CH3COONa溶液中的原子守恒规律，则溶质只能是CH3COONa一种，所以a＝b，D正确。答案C经常运用的守恒法有：质量守恒、电子得失守恒、电荷守恒及能量守恒。若能从题意中找出上述关系而建立代数方程即可快捷求解。其优点在于不必深究过程细节，不必考虑途径变化，只需考虑反应体系中某些组分相互作用前后某种量的始态和终态，能化繁为简，起到事半功倍的效果。①质量守恒：在高考中常常用于溶液稀释、物质组成成分判断等的计算。②原子守恒：在高考中常常根据原子守恒快速建立关系式，从而达到快速解答的目的。③电荷守恒：电荷守恒主要用于电解质溶液中离子浓度大小比较或等式正确与否的判断，主要从电荷守恒和物料守恒建立关系式，然后联系题目选项进行比较分析，从而得出正确答案。电荷守恒还常常用于一些有关电解质溶液的计算，如含有多种阴、阳离子的电解质溶液中，已知溶液中其他离子浓度，求解某一离子浓度的计算。④得失电子守恒：常常用于氧化还原反应的计算和相关概念的判断。【训练1】现有X、Y、Z三种物质，各取40g相混合，完全反应后，得18gY、49gZ，还有W生成。已知W的相对分子质量为106，现有22gX与11gY反应，生成W的量是()。①0.5mol②0.25mol③53g④26.5gA．①③B．①④C．②④D．②③解析X、Y、Z混合并完全反应后，X的质量减少40g，Y的质量减小(40－18)g＝22g，Z的质量增加(49－40)g＝9g，还有W生成，所以X、Y是反应物，Z、W是生成物；根据质量守恒可得出40gX与22gY反应可生成9gZ，则生成W的质量为(40＋22－9)g＝53g。即得出该反应中各物质的质量之比m(X)∶m(Y)∶m(Z)∶m(W)＝40∶22∶9∶53。若将22gX与11gY反应，按上述质量比的关系可得出X过量2g，生成4.5gZ、26.5gW，则W的物质的量为0.25mol。答案C差量思想的应用【典例2】把氯气通入浓氨水中，会立即发生下列反应：3Cl2＋8NH3·H2O===6NH4Cl＋N2＋8H2O。在标准状况下，把1.12LCl2、N2的混合气体(90%Cl2和10%N2，均为体积分数)通过浓氨水，实验测得逸出气体体积为0.672L(其中有50%Cl2和50%N2)，此反应中被氧化的NH3的质量为()。A．3.4gB．0.34gC．1.36gD．4.48g点拨由反应式可得出每3molCl2(反应气)生成1molN2(生成气)时，气体物质的量减少了2mol，即体积减少44.8L，这一量即为“理论差量”，而这一差量所对应的被氧化的氨气的物质的量为2mol(质量为34g)，再从题中所给的数据可以求出“实际差量”为(1.12－0.672)L＝0.448L。即：3Cl2～2NH3～N2ΔV2mol×17g·mol－144.8Lm(被氧化的NH3)(1.12－0.672)L列出比例式：(2mol×17g·mol－1)∶44.8L＝m(被氧化的NH3)∶(1.12－0.672)L，则m(被氧化的NH3)＝0.34g。答案B利用化学反应前后物质间所出现的差量关系解决化学问题的方法就是差量法。这个差量可以是质量之差、气体体积(或压强)之差、物质的量之差、反应过程中热量的变化等。差量的大小跟参与反应的物质的有关量成正比，差量法就是借助这种比例关系来解题。差量法常分为三类：质量差、体积差、物质的量差。质量差是以一个过程中某物质始态和终态之间的质量差来进行计算的方法；体积差是以反应前后气态物质的总体积差来进行计算的方法；物质的量差大多用于气体之间的计算，由于在相同条件下气体的体积之比等于气体的物质的量之比，常把体积差与物质的量差两种方法归于一类。【训练2】一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是()。A．16.7%B．20.0%C．80.0%D．83.3%解析N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3ΔV1L3L2L2L取平衡时混合气体100L，其中含20LNH3。生成2LNH3，原气体总体积减少2L；则生成20LNH3时，原气体总体积减少20L。所以，原始氮气和氢气总体积为120L，反应后体积缩小的百分率为20L/120L×100%＝16.7%。答案A极值思想的应用【典例3】(2011·济宁一模)已知25℃下，0.1mol·L－1某二元酸(H2A)溶液的pH大于1，其酸式盐NaHA溶液的pH小于7。取等体积的H2A溶液和NaOH溶液混合后，所得溶液的pH等于7，则酸溶液与碱溶液的物质的量浓度之比是()。A．小于1∶2B．等于1∶2C．大于1∶2且小于1∶1D．大于1∶1且小于1∶2点拨因为0.1mol·L－1H2A的pH大于1，所以H2A是弱酸，则H2A与NaOH生成正盐(Na2A)时，由于Na2A水解，溶液显碱性，pH大于7，此时酸溶液与碱溶液的物质的量浓度之比是1∶2。现已知混合液的pH等于7，故H2A必须过量，NaOH溶液的浓度只能小于0.2mol·L－1，所以两者的物质的量浓度之比一定要大于1∶2，即最小值大于0.5。又因为H2A与NaOH反应生成酸式盐(NaHA)时，溶液的pH小于7，所以NaHA溶液显酸性，此时酸溶液与碱溶液的物质的量浓度之比是1∶1，要使溶液的pH等于7，两者的物质的量浓度之比的最大值要小于1。由此可知，酸溶液与碱溶液的物质的量浓度之比在1∶2与1∶1之间。答案C1．极值法的含义极值法是采用极限思维方式解决一些模糊问题的解题技巧。它是将题设构造为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物或生成物的量值，进行判断分析，求得结果。2．极值法解题的基本思路极值法解题有三个基本思路：(1)把可逆反应假设成向左或向右进行的完全反应。(2)把混合物假设成纯净物。(3)把平行反应分别假设成单一反应。3．极值法解题的关键紧扣题设的可能趋势，选好极端假设的落点。4．极值法解题的优点极值法解题的优点是将某些复杂的、难以分析清楚的化学问题假设为极值问题，使解题过程简化，解题思路清晰，把问题化繁为简，由难变易，从而提高了解题速度。【训练3】在含有agHNO3的稀硝酸溶液中，加入bg铁粉充分反应，铁全部溶解并生成NO，有a4gHNO3被还原，则a∶b不可能为()。A．2∶1B．3∶1C．4∶1D．9∶2解析Fe与HNO3反应时，根据铁的用量不同，反应可分为两种极端情况。(1)若Fe过量，发生反应：3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O则有：b56∶a63＝3∶8，解得：ab＝31，此为a∶b的最小值。(2)若HNO3过量，发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O则有：b56∶a63＝1∶4，解得ab＝92，此为a∶b的最大值。所以a∶b的取值范围为：31≤ab≤92，即a∶b的比值在此范围内均合理。答案A平均值思想的应用【典例4】向两种碳酸盐组成的4.1g混合物中，加足量盐酸，微热，生成的CO2在标准状况下体积为1.12L，则该混合物可能的组成是()。A．NaHCO3与MgCO3B．CaCO3与Ca(HCO3)2C．Na2CO3与NaHCO3D．Ba(HCO3)2与NaHCO3点拨设混合物的平均摩尔质量为Mg·mol－1，每1mol混合物产生CO2的物质的量为x。则4.1gMg·mol－1×x＝1.12L22.4L·mol－1，可得出Mx＝82。又知A、B、C、D中各物质的Mx的值分别为A(84与84)、B(100与81)、C(106与84)、D(129.5与84)。由平均值原理，显然只有B符合(8182100)。答案B平均值法是将数学中的平均原理应用于化学计算的一种解题方法。其依据的数学原理是两个数M1和M2(M1M2)的算术平均值一定介于两者之间，即M1MM2。此法又可称为“中间值法”。因此，只要求出两组分(或多组分)物质的某种“特性数量”平均值M，就可以判断两组分(或多组分)物质“特性数量”M1和M2的取值范围，再结合题给条件即可迅速求出正确答案。平均值法解题范围很广，特别适合于缺少数据而不能直接求解的混合物判断题。【训练4】(2010·珠海模拟)铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480mLNO2气体和336mL的N2O4气体(气体的体积已折算到标准状况)，在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为()。A．9.02gB．8.51gC．8.26gD．7.04g解析被还原的硝酸共有0.23mol，则4.6g铜和镁的合金为0.115mol，故合金的平均摩尔质量为4.6g0.115mol＝40g·mol－1，氢氧化物的平均相对分子质量为：40＋17×2＝74。故形成的氢氧化物沉淀为：(4.6g÷40g·mol－1)×74g·mol－1＝8.51g或0.115mol×74g·mol－1＝8.51g。本题也可以用整体思维方法，采用守恒法来解。沉淀的质量等于合金的质量与其沉淀的OH－的质量之和，而Cu、Mg沉淀的OH－的物质的量等于其失去电子的物质的量，根据得失电子守恒规律，Cu、Mg失去电子的物质的量等于被还原的硝酸得到电子的物质的量，则沉淀的质量＝4.6g＋0.23mol×17g·mol－1＝8.51g。答案B关系式思想的应用【典例5】将4.34gNa、Na2O、Na2O2的混合物与足量的水反应，在标准状况下得到672mL混合气体，将该混合气体点燃，恰好完全反应，则原固体混合物中Na、Na2O、Na2O2的物质的量之比为()。A．1∶1∶1B．1∶1∶2C．1∶2∶1D．4∶3∶2点拨因2Na―→H2,2Na2O2―→O2,2H2＋O2=====点燃2H2O；由672mL混合气体点燃恰好完全反应知：V(H2)＝2V(O2)，则n(Na)＝2n(Na2O2)，而不受Na2O影响。答案D物质间的一种简化的式子，解决多步反应，计算最简捷。多步反应中建立关系式的方法：(1)叠加法(如利用木炭、水蒸气制取氨气)