例析化學(xué)計(jì)算在高考中的考查
——以2021年6月浙江高考化學(xué)選考試題為例

董 順

(安徽省碭山中學(xué))

化學(xué)作為一門自然科學(xué)，既有自己的科學(xué)體系，又有與之適應(yīng)的思維方法.定性分析解決的是“有什么”“是什么”的問題，而定量研究解決的是“有多少”的問題，下面以2021年6月浙江高考化學(xué)選考試題為例闡述化學(xué)計(jì)算在高考中的考查.

1 以氧化還原反應(yīng)為載體考查化學(xué)計(jì)算

例1關(guān)于反應(yīng)K2H3IO6＋9HI＝2KI＋4I2＋6H2O，下列說法正確的是( ).

A.K2H3IO6發(fā)生氧化反應(yīng)

B.KI是還原產(chǎn)物

C.生成12.7gI2時(shí)，轉(zhuǎn)移0.1mol電子

D.還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比為7∶1

該反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況可表示如下:

由電子轉(zhuǎn)移情況可知，K2H3IO6作氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)，HI作還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，I2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，KI既不是氧化產(chǎn)物也不是還原產(chǎn)物，還原劑與氧化劑物質(zhì)的量比為7∶1，生成4molI2時(shí)轉(zhuǎn)移7 mol電子，因此生成12.7gI2(物質(zhì)的量為0.05mol)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為0.0875mol，故答案為D.

【說明】本題以氧化還原反應(yīng)的知識(shí)為載體，考查反應(yīng)變化與規(guī)律等必備知識(shí)和辨析基本概念、處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)變化觀念與平衡思想的學(xué)科核心素養(yǎng).準(zhǔn)確分析陌生方程式中各元素的價(jià)態(tài)、電子轉(zhuǎn)移方向及守恒關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵.

2 以NA 為載體考查化學(xué)計(jì)算

例2設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法不正確的是( ).

A.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1.12L18O2中含有中子數(shù)為NA

B.31gP4(分子結(jié)構(gòu):)中的共價(jià)鍵數(shù)目為1.5NA

C.100mL0.1mol·L－1的NaOH 水溶液中含有氧原子數(shù)為0.01NA

D.18.9g三肽C6H11N3O4(相對(duì)分子質(zhì)量為189)中的肽鍵數(shù)目為0.2NA

標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1.12L18O2的物質(zhì)的量為0.05 mol，1個(gè)18O2中含有中子數(shù)為20個(gè)，則0.05 mol18O2中含有的中子數(shù)為1mol，選項(xiàng)A 正確.31g P4的物質(zhì)的量為0.25mol，由白磷的分子結(jié)構(gòu)可知，1個(gè)白磷分子中含有6個(gè)共價(jià)鍵，所以0.25mol白磷中的共價(jià)鍵數(shù)為1.5mol，選項(xiàng)B正確.NaOH 水溶液中含有溶質(zhì)氫氧化鈉和溶劑水，氧原子數(shù)目為二者氧原子數(shù)目的和，選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.18.9g三肽C6H11N3O4的物質(zhì)的量為0.1 mol，1個(gè)三肽分子中含有2個(gè)肽鍵，所以0.1mol三肽中的肽鍵數(shù)目為0.2mol，選項(xiàng)D 正確.答案為C.

【說明】本題以阿伏加德羅常數(shù)為載體，考查原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、多肽的結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)溶液及物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算，突出對(duì)知識(shí)應(yīng)用的考查，考查化學(xué)語言與概念、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等必備知識(shí)和分析與推測(cè)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)，熟練掌握相關(guān)概念及相關(guān)概念使用的注意事項(xiàng)是解答該類試題的關(guān)鍵.

3 以反應(yīng)速率、平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率為載體考查化學(xué)計(jì)算

例3一定溫度下，在100mLN2O5的CCl4溶液中發(fā)生分解反應(yīng):2N2O5?4NO2＋O2.在不同時(shí)刻測(cè)量放出的O2體積，換算成N2O5濃度如表1所示.

表1

下列說法正確的是( ).

A.600～1200s，生成NO2的平均速率為5.0×10－4mol·L－1·s－1

B.反應(yīng)2220s時(shí)，放出的O2體積為11.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)

C.反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正(N2O5)＝2v逆(NO2)

D.推測(cè)表1中的x為3930

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知600～1200s，

選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)2220s時(shí)，

放出的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.0525 mol×22.4L·mol－1＝1.176L，選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，用不同物質(zhì)表示該反應(yīng)的速率時(shí)，其數(shù)值之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，2v正(N2O5)＝v逆(NO2)，選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.由表中數(shù)據(jù)知，該反應(yīng)每經(jīng)過1110s(600～1710s，1710～2820s)N2O5的濃度會(huì)變?yōu)樵瓉淼模虼?，N2O5的濃度由0.24 mol·L－1變?yōu)?.12 mol·L－1時(shí)，用時(shí)也是1110s，所以x＝2820＋1110＝3930，選項(xiàng)D正確.答案為D.

【說明】本題以N2O5的分解反應(yīng)為情境載體，考查了化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)計(jì)算、影響因素及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)，考查反應(yīng)變化與規(guī)律等必備知識(shí)和處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)規(guī)律等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想的學(xué)科核心素養(yǎng).理解速率、平衡的相關(guān)概念，弄懂題給信息是解答此類試題的關(guān)鍵.

例4含硫化合物是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上的常用化學(xué)品.請(qǐng)回答:

(1)實(shí)驗(yàn)室可用銅與濃硫酸反應(yīng)制備少量SO2:

判斷該反應(yīng)的自發(fā)性并說明理由_________.

(2)已知2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g) ΔH＝－198kJ·mol－1.850K 時(shí)，在一恒容密閉反應(yīng)器中充入一定量的SO2和O2，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后測(cè)得SO2、O2和SO3的濃度分別為6.0×10－3mol·L－1、8.0×10－3mol·L－1和4.4×10－2mol·L－1.

①該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為_________.

②平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率為________.

(1)反應(yīng)Cu(s)＋2H2SO4(l)＝CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)是氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，即ΔS＞0，因?yàn)棣＜0，則在任何溫度下，該反應(yīng)的ΔH－TΔS＜0(T為熱力學(xué)溫度)均成立，因此該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行.

②平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率為

答案(1)不同溫度下都能自發(fā)，是因?yàn)棣＜0，ΔS＞0.(2)①6.7×103L·mol－1;②88%.

【說明】本題以含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化為情境素材考查反應(yīng)方向的判斷、平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，考查了反應(yīng)變化與規(guī)律等必備知識(shí)和科學(xué)推理論證、處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等學(xué)科核心素養(yǎng).理解相關(guān)概念并熟練計(jì)算是解答該類試題的關(guān)鍵.

4 以物質(zhì)組成的推斷為載體考查化學(xué)計(jì)算

例5將3.00g某有機(jī)物(僅含C、H、O 元素，相對(duì)分子質(zhì)量為150)樣品置于燃燒器中充分燃燒，依次通過吸水劑、CO2吸收劑，燃燒產(chǎn)物被完全吸收.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示.

表2

請(qǐng)回答:

(1)燃燒產(chǎn)物中水的物質(zhì)的量為________mol.

(2)該有機(jī)物的分子式為________(寫出計(jì)算過程).

(1)由表中數(shù)據(jù)，吸水劑增加的質(zhì)量全部為有機(jī)物完全燃燒生成水的質(zhì)量，則生成水的物質(zhì)的量為

則n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶3∶3，最簡式為C2H3O3，由相對(duì)分子質(zhì)量為150，得有機(jī)物的分子式為C4H6O6.

答案(1)0.0600.(2)C4H6O6.

【說明】本題以燃燒法測(cè)定有機(jī)物的組成實(shí)驗(yàn)為載體，考查有機(jī)物分子式的確定及物質(zhì)的量的相關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)原理與方法等必備知識(shí)和獲取有關(guān)信息、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)以科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、證據(jù)推理與模型認(rèn)知為主的學(xué)科核心素養(yǎng).

例6固體化合物X 由3種元素組成，某學(xué)習(xí)小組開展如圖1所示探究實(shí)驗(yàn).

圖1

其中，白色沉淀B能溶于NaOH 溶液.請(qǐng)回答:

(1)白色固體C 的化學(xué)式是_________，藍(lán)色溶液D 中含有的溶質(zhì)是________(用化學(xué)式表示).

(2)化合物X 的化學(xué)式是_________.

A 為藍(lán)色溶液，則A 中含有Cu2＋;A 與氨水反應(yīng)生成白色沉淀B和深藍(lán)色溶液，白色沉淀B能夠溶于NaOH 溶液，則B為Al(OH)3，白色固體C為Al2O3，則A 中含有Al3＋;深藍(lán)色溶液含有[Cu(NH3)4]2＋，與AgNO3溶液反應(yīng)生成白色沉淀E，則E為AgCl，可知深藍(lán)色溶液中含有Cl－;則A 中存在Cu2＋、Al3＋和Cl－，化合物X 中含有Cu、Al、Cl3種元素.

(1)根據(jù)分析可知，白色固體C 為Al2O3;溶液D中含有的陽離子有Cu2＋、、Ag＋、H＋，陰離子有，溶液中含有Cu(NO3)2、NH4NO3、AgNO3、HNO3.

(2)由圖示數(shù)據(jù)并根據(jù)原子守恒可知，4.020g X 中

則n(Cu2＋)∶n(Al3＋)∶n(Cl－)＝1∶2∶8，可得X 的化學(xué)式為CuAl2Cl8.

答 案(1)Al2O3;Cu(NO3)2、NH4NO3、AgNO3、HNO3.(2)CuAl2Cl8.

【說明】本題以物質(zhì)組成的探究為載體，考查物質(zhì)組成的計(jì)算、物質(zhì)性質(zhì)的探究等知識(shí)點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)原理與方法、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用等必備知識(shí)和獲取有關(guān)信息、分析物質(zhì)性質(zhì)、識(shí)別有效證據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)以科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、證據(jù)推理與模型認(rèn)知為主的學(xué)科核心素養(yǎng).

5 以滴定分析法為載體考查化學(xué)計(jì)算

例7產(chǎn)品分析:取一定量Cl2O 濃溶液的稀釋液，加入適量CCl4、過量KI 溶液及一定量的稀H2SO4，充分反應(yīng).用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定(滴定Ⅰ);再以酚酞為指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH 溶液滴定(滴定Ⅱ).已知產(chǎn)生I2的反應(yīng)(不考慮Cl2與水反應(yīng)):

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示.

表3

①用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定時(shí)，無須另加指示劑.判斷滴定Ⅰ到達(dá)終點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________.

②高純度Cl2O 濃溶液中要求(Cl2O 和HClO 均以Cl2O 計(jì)).結(jié)合數(shù)據(jù)分析所制備的Cl2O 濃溶液是否符合要求________.

①溶有I2的CCl4溶液呈紫紅色，用標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定I2過程中，當(dāng)I2恰好反應(yīng)完全時(shí)，溶液呈無色，因此滴定I2到達(dá)終點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是CCl4中由紫紅色突變到無色，且30s不恢復(fù).

②由2I－＋Cl2＝I2＋2Cl－、4I－＋Cl2O＋2H＋＝2I2＋H2O＋2Cl－、2I－＋HClO＋H＋＝I2＋H2O＋Cl－(HClO 為Cl2O 與H2O 反應(yīng)的產(chǎn)物)可得關(guān)系式:Cl2O～2H＋～2I2，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知Cl2O 和HClO 共消耗H＋物質(zhì)的量

則Cl2O 與I－反應(yīng)生成的n(I2)＝n(H＋)＝2×10－3mol，溶液中n(Cl2O)＝1×10－3mol，加入過量KI溶液共生成的n(I2)為2.005×10－3mol，因此Cl2與I－反應(yīng)生成的n(I2)為2.005 × 10－3mol－2×10－3mol＝5×10－6mol，由此可知溶液中n(Cl2)＝5×10－6mol，所以高純度Cl2O 濃溶液中，則所制備的高純度Cl2O 濃溶液符合要求.

答案①CCl4中由紫紅色突變到無色，且30s不恢復(fù).②溶液中Cl2O 和Cl2分別為1.000×10－3mol、5×10－6mol，，符合要求.

【說明】本題以Cl2O 的制備及含量測(cè)定為情境載體，考查滴定終點(diǎn)的判斷及氧化還原反應(yīng)的相關(guān)計(jì)算等知識(shí).試題側(cè)重考查考生遷移應(yīng)用知識(shí)的能力和實(shí)驗(yàn)基本技能，考查實(shí)驗(yàn)原理與方法等必備知識(shí)和獲取有關(guān)信息、預(yù)測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng).

由以上分析能夠看出在2021年6月浙江選考化學(xué)試題中對(duì)化學(xué)計(jì)算的考查比重非常大，這反映出化學(xué)學(xué)科不僅重視定性分析而且重視定量計(jì)算，所以應(yīng)引起廣大考生的高度重視，面對(duì)化學(xué)計(jì)算不要畏難，應(yīng)靜下心來認(rèn)真分析，掌握化學(xué)學(xué)科的必備知識(shí)和解答此類試題的關(guān)鍵能力，注重過程的滲透，最終落實(shí)到素養(yǎng)的提升上來，真正適應(yīng)新時(shí)代的高考模式，適應(yīng)新時(shí)代理工科對(duì)化學(xué)創(chuàng)新人才的要求.

(完)