關(guān)注制約條件 求解化學(xué)計算

邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學(xué) 068350)

基于化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的化學(xué)計算題常常以化學(xué)基本概念和理論、元素化合物等知識為載體，重在考查學(xué)生的邏輯思維能力.有些計算題中各個數(shù)據(jù)之間存在著一定的制約關(guān)系，如某幾種反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和一定，或者兩個量之間的比值為固定值.在解答過程中，要綜合考慮物質(zhì)間轉(zhuǎn)化時的內(nèi)在聯(lián)系，在取值上要充分考慮這些制約條件，否則會使計算結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差或完全相悖的結(jié)論.現(xiàn)舉數(shù)例并進行淺析.

1 對不同反應(yīng)物的總量加以制約

可以假設(shè)：H2SO4有xmol,HNO3有ymol，則可列出下列式子：

(2x+y)/y=4/1

x+y=0.6

解得：x=0.36,y=0.24

評注對于不同反應(yīng)物的總量有限制條件時,解題時要綜合考慮,不能只按單一反應(yīng)計算,否則將得出片面的結(jié)果.

2 對反應(yīng)物間用量的大小關(guān)系加以制約

例2在25℃時，將體積為Va、pH為m的稀HNO3與體積為Vb、pH為n的NaOH溶液混合，恰好中和，已知兩溶液的體積關(guān)系和pH的關(guān)系分別為：Va

(1)m值能否等于3(填“能”或“否”)____，理由為____；

(2)m值能否等于5(填“能”或“否”)____，理由為____；

(3)確定m的取值范圍是____.

解析本題中的第(1)問屬于有關(guān)pH的基本概念問題，解答時要注意到m=0.5n這個制約條件，再結(jié)合n>7這個隱含條件，便可輕松得出答案；第(2)問則需要進行一定的計算推理，即對考生的要求又上升了一個層次，需要對酸堿中和原理要有更深的理解，而且要掌握中和原理的計算，推理時需要注意到Va

答案：(1)否；若m=3，則n=6，這樣兩種溶液均顯酸性.

(2)否；若m=5，則n=10，則由此可知當(dāng)酸堿恰好中和時有：Va/Vb=10，則有Va>Vb，這和題中的已知條件相矛盾.

(3)3.5

酸堿恰好中和時：Va×10-a=Vb×10b-14

Va/Vb=10a+b-14=103a-14，由于Va7,m>3.5，最終得出：3.5

評注本題在命題方式上設(shè)置了難度層次逐級升高的三個問題，問題內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，互相關(guān)聯(lián)，有了前面的問題作鋪墊，后面的問題便容易解答. 本題需要注意三個制約條件:酸堿用量的體積大小關(guān)系、二者的定量關(guān)系、隱含的pH取值范圍.

3 對同一反應(yīng)物的總量加以制約

例3 某溶液中同時含有Fe2+、I-、Br-三種離子，若向該溶液中持續(xù)通入氯氣時，溶液中存在的四種微粒(見標號)的物質(zhì)的量變化趨勢如圖1所示.若a、b之間存在關(guān)系為：a=b-5，線段Ⅳ代表某種含氧酸，線段Ⅰ和Ⅳ所代表的物質(zhì)里均包含有某種相同的元素.下列描述正確的是( ).

圖1

A.線段Ⅱ表示的是Br-的變化趨勢

B.原溶液中FeI2和FeBr2的物質(zhì)的量之比為3∶1

C.依圖像無法求解a的值

解析根據(jù)還原性關(guān)系：I->Fe2+>Br-，向混合溶液中通入氯氣后，I-、Fe2+、Br-依次被氧化，相應(yīng)的離子反應(yīng)為：

評注本題屬于遞進式氧化還原反應(yīng)問題，即加入氧化劑的量不同，還原劑被氧化的程度不同.計算時需要依據(jù)得失電子守恒確立等量關(guān)系.

4 對氣體反應(yīng)物的總壓加以制約

(1)達到平衡后，反應(yīng)器左室氣體總的物質(zhì)的量為____mol；

(2)若要使右室反應(yīng)開始時v(正)>v(逆)，則x的取值范圍是____；

(3)若要使右室反應(yīng)開始時v(正)

解析本題屬于化學(xué)平衡的計算問題，根據(jù)“兩個反應(yīng)均達到平衡狀態(tài)，且使隔板位于反應(yīng)器的正中間位置”這一已知條件，再結(jié)合阿伏加德羅定律分析，本題的制約條件即為：兩側(cè)反應(yīng)達平衡后，兩室氣體的物質(zhì)的量必然相等！故解題時要依據(jù)這一條件進行計算.

開始： 0.5x0.5 0.5

反應(yīng)： 0.5 2.0 1.0 0.5

平衡： 0 (x-2.0) 1.5 1.0

則有：(x-2.0)+1.5+1.0=3.5

解得：x=3.0

綜上分析：x的取值范圍是：2.0

(3)同理：若開始反應(yīng)向逆向進行,設(shè)反應(yīng)的程度為零，則x有最大值2，若令0.5molC完全反應(yīng),則可求x的最小值為1.5，故x的取值范圍是：1.5

答案:(1)3.5；(2)2.0

評注本題屬于化學(xué)平衡的計算問題，審題時要抓住“兩個反應(yīng)均達到平衡狀態(tài)，且使隔板位于反應(yīng)器的正中間位置”這一制約條件，再根據(jù)阿伏加德羅定律確定出等量關(guān)系.