化合物化學(xué)式計(jì)算的幾種常見(jiàn)考查方式

張新中

(江蘇省邗江中學(xué) 225009)

化合物化學(xué)式的計(jì)算是高中學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)基本技能，在高考和各地的模擬試卷中也屢屢出現(xiàn).常見(jiàn)的考查方式有以下幾種.

一、利用反應(yīng)列方程進(jìn)行計(jì)算

例1 某科研小組采集到兩種銅礦標(biāo)本，經(jīng)地理老師辨認(rèn)為孔雀石和石青，老師說(shuō)其化學(xué)組成均可表示為xCuCO3·yCu(OH)2，屬于天然碳酸鹽類(lèi)銅礦.

(1)為了準(zhǔn)確測(cè)定兩種礦石的化學(xué)組成，該小組同學(xué)將兩種礦石分別與足量鹽酸反應(yīng)，孔雀石耗用的鹽酸的物質(zhì)的量與生成的CO2的物質(zhì)的量之比為4∶1；石青則為3∶1.請(qǐng)確定它們的化學(xué)組成，孔雀石：____；石青：____.

(2)現(xiàn)取兩份等質(zhì)量的兩種礦石的混合物樣品，一份加入過(guò)量鹽酸，生成CO26.6 g；對(duì)另一份樣品加熱使其完全分解，得到CuO 20g，則混合物中孔雀石和石青的物質(zhì)的量之比為_(kāi)___.

解析(1)xCuCO3·yCu(OH)2與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為xCuCO3·yCu(OH)2+2(x+y)HCl→(x+y)CuCl2+xCO2↑+(x+2y)H2O

根據(jù)孔雀石耗用的鹽酸與生成的CO2的物質(zhì)的量比為4∶1，可得：2(x+y)∶x=4∶1，解得x∶y=1∶1，故孔雀石的化學(xué)式可表示為CuCO3·Cu(OH)2.

根據(jù)石青耗用的鹽酸與生成的CO2的物質(zhì)的量比為3∶1，可得：2(x+y)∶x=3∶1，解得x=2y，故石青的化學(xué)式可表示為2CuCO3·Cu(OH)2.

根據(jù)C守恒得：a+2b=0.15 mol

根據(jù)Cu守恒得：2a+3b=0.25 mol

解得a=0.05 mol，b=0.05 mol.

故該混合物中孔雀石和石青的物質(zhì)的量之比為：

0.05 mol∶0.05 mol=1∶1

答案:(1)CuCO3·Cu(OH)2；2CuCO3·Cu(OH)2(2)1∶1

點(diǎn)評(píng)本題根據(jù)銅礦與鹽酸反應(yīng)消耗鹽酸的物質(zhì)的量與生成的CO2的物質(zhì)的量之比計(jì)算化學(xué)式，只要寫(xiě)出化學(xué)方程式，找出相應(yīng)物質(zhì)的物質(zhì)的量，列方程即可解答.本題的關(guān)鍵在于化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，題目比較簡(jiǎn)單.

二、利用三大守恒進(jìn)行計(jì)算

例2 某結(jié)晶水合物含有兩種陽(yáng)離子和一種陰離子.稱(chēng)取兩份質(zhì)量均為 10.00 g的該結(jié)晶水合物，分別制成溶液.

②另一份加入足量的BaCl2溶液，生成不溶于稀硝酸白色沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥稱(chēng)其質(zhì)量為11.65 g.

(1)該結(jié)晶水合物中含有的兩種陽(yáng)離子是____和____，陰離子是____.

(2)試通過(guò)計(jì)算確定該結(jié)晶水合物的化學(xué)式(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，注意解題規(guī)范).

點(diǎn)評(píng)本題先根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象推斷出物質(zhì)中的離子，然后根據(jù)題中給出的物質(zhì)的物質(zhì)的量，計(jì)算出已知離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)電荷守恒計(jì)算出剩余離子的物質(zhì)的量，最后得出物質(zhì)的化學(xué)式.本題的關(guān)鍵在于應(yīng)用電荷守恒計(jì)算最后一種離子的物質(zhì)的量.

三、利用分解產(chǎn)物的比例進(jìn)行計(jì)算

例3 實(shí)驗(yàn)所制得的堿式碳酸銅的組成可表示為：xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，要測(cè)定其組成，甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中需要如下五個(gè)步驟：①稱(chēng)取12.0 g的樣品；②高溫分解；③測(cè)出生成CO2的質(zhì)量為2.2 g；④測(cè)出生成水蒸氣的質(zhì)量為1.8 g；⑤稱(chēng)量生成CuO的質(zhì)量為8.0 g.而乙同學(xué)認(rèn)為除步驟②外，實(shí)驗(yàn)只需測(cè)定4個(gè)量中的部分?jǐn)?shù)據(jù)即可，則合理的組合為_(kāi)___(填序號(hào)，寫(xiě)一組即可).根據(jù)你的選擇，計(jì)算出堿式碳酸銅的組成，寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程.

答案:③④⑤，①③④，①③⑤，①④⑤(任寫(xiě)一種) CuCO3·Cu(OH)2·H2O

點(diǎn)評(píng)本題根據(jù)分解產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比寫(xiě)出鹽的氧化物表示形式，然后改寫(xiě)為鹽的形式.本題的關(guān)鍵在于理解用氧化物的形式表示鹽的組成；要注意的是分解生成的水不是鹽中的結(jié)晶水.

四、利用熱重分析圖進(jìn)行計(jì)算

例4 鈷及其化合物廣泛應(yīng)用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領(lǐng)域.

(1)CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni的化合價(jià)均為+2價(jià))可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性.

① 該催化劑中鐵元素的化合價(jià)為_(kāi)___.

② 圖1表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時(shí)催化分解6%的H2O2溶液的相對(duì)初始速率隨x變化曲線.由圖中信息可知：____法制取得到的催化劑活性更高；Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是____.

圖1

圖2

(2) 草酸鈷是制備鈷氧化物的重要原料.圖2為二水合草酸鈷(CoC2O4·2H2O)在空氣中受熱的質(zhì)量變化曲線，曲線中300℃及以上所得固體均為鈷氧化物.

① 通過(guò)計(jì)算確定C點(diǎn)剩余固體的化學(xué)成分為_(kāi)___(填化學(xué)式).寫(xiě)出B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)與O2在225～300℃的條件下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：____.

② 取一定質(zhì)量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物(其中Co的化合價(jià)為+2、+3價(jià))，用480 mL 5 mol·L-1鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl2溶液和4.48 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)黃綠色氣體.試確定該鈷氧化物的化學(xué)式.

解析(1)①該催化劑中Co、Ni均為+2價(jià)，O為-2價(jià)，所以Fe元素的化合價(jià)是[8-(2x+2-2x)]/2=+3.②反應(yīng)速率越快，則催化劑的催化活性越高，根據(jù)圖像可知，x相同時(shí)微波水熱法初始反應(yīng)速率大于常規(guī)水熱法，所以微波水熱法制取得到的催化劑活性更高；隨x增大，初始速率增大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化效果更好.

答案:(1)①+3 ②微波水熱 Co2+

②Co5O6(過(guò)程見(jiàn)解析)

點(diǎn)評(píng)本題(2)①根據(jù)化合物在受熱時(shí)的質(zhì)量變化計(jì)算不同階段的化學(xué)式.解答這類(lèi)題的一般思路是：(1)失重一般是先失水，再失非金屬氧化物；(2)晶體中金屬質(zhì)量不再減少，仍在m余中；(3)失重最后一般為金屬氧化物，由質(zhì)量守恒得m氧，由n金屬∶n氧，即可求出失重后物質(zhì)的化學(xué)式.解題的關(guān)鍵在于弄清物質(zhì)質(zhì)量變化的原因，從而計(jì)算出變化物質(zhì)的物質(zhì)的量.

五、利用滴定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

例5 堿式次氯酸鎂[Mga(ClO)b(OH)c·xH2O]是一種有開(kāi)發(fā)價(jià)值的微溶于水的無(wú)機(jī)抗菌劑.為確定堿式次氯酸鎂的組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

(1)步驟①需要用到的指示劑是____.

(2)步驟②若滴定管在使用前未用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗，測(cè)得的Mg2+物質(zhì)的量將____(填“偏高”“偏低”或“不變”).

(3)通過(guò)計(jì)算確定堿式次氯酸鎂的化學(xué)式(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程).

解析(1)I2遇淀粉顯藍(lán)色，當(dāng)Na2S2O3將I2完全消耗時(shí)，溶液的藍(lán)色褪去，故選擇淀粉作指示劑.

(2)若滴定管沒(méi)有潤(rùn)洗，則其濃度變小，與Mg2+反應(yīng)時(shí)，EDTA的消耗量增多，所得Mg2+的量偏高.

答案:(1)淀粉溶液 (2)偏高

n(Mg2+)=0.020 00 mol·L-1×25.00×10-3L×1 000 mL/25.00 mL=2.000×10-2mol

根據(jù)電荷守恒，可得：

n(OH-)=2n(Mg2+)-n(ClO-)=2×2.000×10-2mol-1.000×10-2mol=3.000×10-2mol

m(H2O)=1.685 g-1.000×10-2mol×51.5 g·mol-1-2.000×10-2mol×24 g·mol-1-3.000×10-2mol×17 g·mol-1=0.180 g

n(Mg2+)∶n(ClO-)∶n(OH-)∶n(H2O)

=2.000×10-2mol∶1.000×10-2mol∶3.000×

10-2mol∶1.000×10-2mol=2∶1∶3∶1

則堿式次氯酸鎂的化學(xué)式為Mg2ClO(OH)3·H2O.

點(diǎn)評(píng)本題利用滴定實(shí)驗(yàn)測(cè)定出ClO-、Mg2+的物質(zhì)的量，再利用電荷守恒和質(zhì)量守恒計(jì)算出OH-和H2O的量，最后確定出化學(xué)式.解題的關(guān)鍵在于根據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)找出關(guān)系式，從而進(jìn)行計(jì)算.