化学竞赛计算题的解题方法和技巧

化学竞赛计算题的解题方法和技巧初中化学竞赛试题中常设置新颖、灵活的计算题，借以考查学生的灵活性和创造性。为了提高解题速率，提高学生的逻辑、抽象思维能力和分析、解决问题的能力，掌握化学计算的基本技巧非常必要。现将化学竞赛计算题的解题方法和技巧归纳如下，供参考。1.守恒法例1某种含有MgBr2和MgO的混合物，经分析测得Mg元素的质量分数为38.4%，求溴(Br)元素的质量分数。(Br---80)解析：在混合物中，元素的正价总数=元素的负价总数，因此，Mg原子数×Mg元素的化合价数值=Br原子数×Br元素的化合价数值+O原子数×O元素的化合价数值。设混合物的质量为100克，其中Br元素的质量为a克，则38.410038.421224801640gaggaag故Br%=40%。2.巧设数据法例2将w克由NaHCO3和NH4HCO3组成的混合物充分加热，排出气体后质量变为2w克，求混合物中NaHCO3和NH4HCO3的质量比。解析：由2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑NH4HCO3NH3↑+H2O↑+CO2↑可知，残留固体仅为Na2CO3，可巧设残留固体的质量为106克，则原混合物的质量为106克×2=212克，故mNaHCO3=168克，mNH4HCO3=212克-168克=44克。168424411gg3.极值法例3取3.5克某二价金属的单质投入50克溶质质量分数为18.25%的稀盐酸中，反应结束后，金属仍有剩余；若2.5克该金属投入与上述相同质量、相同质量分数的稀盐酸中，等反应结束后，加入该金属还可以反应。该金属的相对原子质量为()A.24B.40C.56D.65解析：盐酸溶液中溶质的质量为50克×18.25%=9.125克，9.125克盐酸溶质最多产生H2的质量为=0.25克。由题意知，产生1克H2需金属的平均质量小于3.5克×4=14克，大于2.5克×4=10克，又知该金属为二价金属，故该金属的相对原子质量小于28，大于20。答案选A。4.十字交叉法例4取100克胆矾，需加入多少克水才能配成溶质质量分数为40%的硫酸铜溶液?解析：结晶水合物(CuSO4*5H2O)可看成CuSO4的溶液，其溶质质量分数为442160100%100%64%5250CuSOCuSOHO设加水(溶质质量分数可看成0%)的质量为x，则;x=60克5.估算法例5将13.2克可能混有下列物质的(NH4)2SO4样品，在加热的条件下，与过量的NaOH反应，可收集到4.3升NH3(密度为17克/22.4升)，则样品中不可能含有的物质是()A.NH4HCO3、NH4NO3B.(NH4)2CO3、NH4NO3C.NH4HCO3、NH4ClD.NH4Cl、(NH4)2CO3解析：假设样品为纯(NH4)2SO4，则由(NH4)2SO4→2NH3可知，能产生4.48升NH3，大于4.3升。因此样品中的杂质造成样品NH4+的含量小于纯(NH4)2SO4中NH4+的含量。这就要求选项的两种物质中至少有一种物质的NH4+含量小于(NH4)2SO4中NH4+的含量，都大于是不可能的。可将备选答案化学式变形后进行估算：NH4HCO3→(NH4)2(HCO3)2,NH4NO3→(NH4)2(NO3)2，NH4Cl→(NH4)2Cl2.部分“式量”：(HCO3)2=122,(NO3)2=124,Cl2=71,CO3=60，而(NH4)2SO4中，SO4=96，故答案选D。6.差量法例6:4.0克+2价金属的氧化物与足量的稀盐酸反应后，完全转化为氯化物，测得氯化物的质量为9.5克，通过计算指出该金属的名称。解析：反应后物质质量增加是由于参加反应氧化物的质量小于生成氯化物的质量。设金属氧化物化学式为RO，式量为m，则RO→RCl2质量增加m5.54.0克(9.5-4.0)克m=40。故金属的相对原子质量为40-16=24，属于镁元素。分子结构本节主要讲述典型分子的空间构型，分子和键的极性关系以及酸的元数如何确定问题。在竞赛中此类问题出现渐多。【内容综述】本期主要讲述典型分子的空间构型、分子的极性与键的极性的关系以及酸的元数如何确定的问题。常见的分子的空间构型有四面体型（CH4、CCl4、P4等）、三角锥型（NH3、PH3等）、直线型（CO2、C2H2等）、平面型（C2H4、BF3、C6H6等），掌握其结构对推断复杂分子的结构非常重要。极性键构成的双原子分子一定为极性分子，多原子分子大多为极性分子，但也有非极性分子，主要取决于分子组成和结构的对称性，即分子中的正电荷重心与负电荷重心重合为非极性分子。酸的元数并非依据酸中氢原子的个数，而是根据其结构式来确定。这些内容的考察近几年来在高考和竞赛中难度和数量都有所增加，应引起我们的充分重视。【要点讲解】分子的极性与键的极性例1．PtCl2(NH3)2为平面正方形结构，它可以形成两种固体：一种为淡黄色，在水中的溶解度小；另一种为黄绿色，在水中的溶解度大。请画出这两种分子的几何图形。注明其相应颜色。H2O分子是极性分子，根据相似相溶原理，在水中溶解度小的淡黄色固体为非极性分子，其分子的对称性好，其结构为。另一种为黄绿色在水中的溶解度大的为极性分子，其分子的对称性差，其结构为二、酸的元数如何确定例2．已知磷酸分子中的三个氢原子都可以跟重水中的D原子发生氢交换。又知亚磷酸（H3PO3）也可以与重水中的D原子发生氢交换，但亚磷酸一氢钠（Na2HPO3）却不能。由此推断亚磷酸的结构式。并判断亚磷酸属于几元酸，它有哪些正盐哪些酸式盐？磷酸作为三元酸，结构中的三个-OH中的H原子都可以跟重水中的D原子发生氢交换，亚磷酸也可以，说明亚磷酸中有-OH，亚磷酸一氢钠不能，推断其结构中已经无-OH。由此推断亚磷酸中只有两个-OH，根据P原子成键规律，不难得出亚磷酸的结构式由此可见，H3PO3分子中虽有三个H原子，但只有两个-OH，只有-OH中的H原子才能电离出来显酸性，故H3PO3属于二元酸。二元酸应有两种盐一种正盐一种酸式盐，即亚磷酸二氢钠（NaH2PO3）酸式盐和亚磷酸一氢钠（Na2HPO3）正盐。小结：酸的元数由酸中-OH的个数来确定。只知分子式不知结构式无法确定酸的元数。而酸所对应的酸酐则是酸中的-OH脱水的产物，对于只有一个-OH的一元酸来说则是进行分子间脱水才能得到相应的酸酐，例如：乙酸CH3COOH的酸酐为三、如何判断原子的共线与共面例4：在分子中，处于同一平面上的原子数最多可能是：A12个B14个C18个D20个根据简单分子空间结构可推测此分子结构为：（&H表示在此平面上的H原子；^H表示在此平面下的H原子）。由此可见，处于同一平面上的原子共有20个。此题要注意思维的全面性，不能忽略位于分子两端的-CH3中的三个氢原子中有一个H可与其余的18个原子共面。【能力训练】1．下列各组物质中，都是由极性键构成为极性分子的是：ACH4和Br2BNH3和H2OCH2S和CCl4DCO2和HCl2．氰气分子式为(CN)2，结构式为N≡C-C≡N，性质与卤素相似。下列叙述正确的是：A在一定条件下可与烯烃加成B分子中的碳氮键的键长大于碳碳键的键长C不和氢氧化钠溶液发生反应D氰化钠、氰化银都易溶于水3．某共价化合物含碳、氢、氮三种元素，已知其分子内的4个氮原子排列成内空的四面体结构，且每两个氮原子间都有一个碳原子，而无CC单键、C=C双键、C≡C叁键，则它的分子式为：AC6H12N4BC4H8N4CC6H10N4DC6H8N44．通常把原子数和电子数相同的分子或离子称之为等电子体，人们发现等电子体间的结构相同（即等电子原理）。B3N3H6与C6H6是等电子体，则下列说法正确的是：AB3N3H6能发生加成反应和取代反应BB3N3H6各原子不在同一平面上CB3N3H6具有碱性DB3N3H6不能使酸性KMnO4溶液褪色5．三氯化氮（NCl3）常温是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形，以下关于NCl3说法中正确的是：A．分子中NCl键是非极性键B．分子中不存在孤对电子C．它的沸点比PCl3沸点低D．因NCl键键能大，它的沸点高6．2个原硅酸分子中-OH原子团可以相互作用而脱去1分子水：2H4SiO4＝H6Si2O7+H2O，原硅酸结构为：，则在所得的H6Si2O7分子中，含有的硅氧键的数目为：A．5B．6C．7D．87．据权威刊物报道，1996年科学家在宇宙中发现了H3分子。请回答：(1)H3和H2是：A．氢的同位素B．氢的同素异形体C．同系物D．同分异构体(2)甲、乙、丙、丁四位学生对上述认识正确的是：甲认为上述发现绝对不可能，因为H3的分子违背了共价键理论乙认为宇宙中还可能存在另一种氢单质，因为氢元素有三种同位素必然会有三种同素异形体丙认为如果上述发现存在，则证明传统的价键理论有一定的局限性，有待继续发展丁认为H3分子实质上是H2分子与H+离子以配位键结合的产物，应写成H3+8．下列叙述正确的是：A．丙烷分子中的3个碳原子一定在同一条直线上B．甲苯分子中对个碳原子不可能在同一平面上C．乙烷分子中的全部原子可能在同一平面上D．2-丁烯分子中的4个碳原子不可能在同一直线上9．经研究发现，有一种磷分子具有链状结构。结构如图所示。下列说法正确的是：A．它是一种高分子化合物B．它是一种极性分子，易溶于水C．分子中每个磷原子以3个共价键结合3个磷原子D．分子量是白磷的8倍E．与白磷互为同素异形体10．磷酸的结构可以表示为。将磷酸强热时可发生分子间脱水生成焦磷酸（H4P2O7）、三磷酸以至高聚磷酸。（1）焦磷酸的结构式为。（2）当高聚磷酸中磷原子数为20时，其化学式为。（3）有机物中烷烃分子通式是CnH2n+2，则磷酸、焦磷酸、高聚磷酸这一系列化合物的分子通式为。11．化工行业已合成一种硬度比金刚石还大的晶体氮化碳，若已知氮在此化合物中显-3价，推断：（1）它的化学式。（2）分析其硬度比金刚石大的原因。12．1932年捷克可Landa等人从南摩拉维亚油田的石油分馏物中发现一种烷（代号A），次年用X射线技术证实了其结构，竟是有一个叫Lukes的人早就预言过的。后来A被大量合成，并发现它的胺类衍生物具有抗病毒、抗震颤的药物活性而开发为常用药。下图给出三种已经合成的有2，3，4个A为基本结构单元“模块”象搭积木一样“搭”成的较复杂的笼状烷。根据上述条件推断并填空：（1）B的分子式为。（2）若在D上继续增加一“块”A“模块”，得到E，则E的分子式为。（3）A中含有的六元环数为个，其中有个碳原子为三个环所共有，这几个碳原子所围城的空间几何体形状为。答案：1．B2．A3．A。提示：根据C、N原子的成键规律：C原子四键稳定，N原子三键稳定，故每个C原子除与2个N原子形成共价键，还需2个H原子才能达稳定结构。4．AD5．C6．D7．（1）B；（2）C8．D9．DE10．（1）。(2)H22P20O61。提示：20个磷酸分子进行分子间脱水脱去19个水分子。(3)Hn+2PnO3n+1。提示：n个磷酸分子进行分子间脱水脱去n-1个水分子。11．（1）C3N4。（2）碳氮键的键长小于碳碳键的键长。12．（1）C14H20；（2）C26H32；（3）4，4，正四面体。提示：根据B、C、D分子结构可推知其最小的重复单元A的分子结构是由四个六边形形成的笼状结构（如图所示）。此系列化合物的系差为C4H4，可推知E的分子式。综合计算【内容综述】综合计算是从定量的角度，考查学生对物质的性质及变化规律综合知识的掌握；考查学生在计算方面的综合能力的运用，解题方法的技巧和灵活。这种题一般有较大的阅读量、思维量和书写量，有相当的难度，因此希望学生有必备的化学知识和一定的数学思想，并能将二者有机的结合起来。【要点讲解】数学中的函数思想如何应用到化学计算当遇到由于反应物的配比量不同，反应后生成不同的产物时，就会产生函数关系。就会出现某个变量（反应物）的取值范围和建立函数的问题。这类把数学的函数思想应用到化学计算的讨论，主要要抓住有关的化学反应方程式中反应物的相关量，由相关量出