例談新高考化學(xué)計(jì)算題的解題突破

摘要：本文根據(jù)守恒關(guān)系、列關(guān)系式、特定表達(dá)式對(duì)近年新高考中出現(xiàn)的化學(xué)計(jì)算進(jìn)行破解，并歸類賞析，希望能夠拋磚引玉，探尋解題突破的有效方法，從而提高復(fù)習(xí)的針對(duì)性和得分率.

關(guān)鍵詞：例談；新高考；化學(xué)計(jì)算題；解題突破

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）28-0132-03

近年來，新高考化學(xué)中的一類以主題突出、考向明確、區(qū)分度高、選拔性強(qiáng)、短小精致的計(jì)算題悄然興起，能夠有效考查考生思維方式和計(jì)算能力，因此備受命題者的青睞，破解化學(xué)計(jì)算成為高考復(fù)習(xí)中的重中之重（為節(jié)約篇幅和突出主題的需要，對(duì)原試題進(jìn)行了刪減）.

1根據(jù)守恒關(guān)系破解化學(xué)計(jì)算

例1（1）某溫度下，將a L（已換算成標(biāo)況體積）氯氣通入由24 g NaOH配成的溶液中，反應(yīng)得到NaCl、NaClO和NaClO3的混合溶液，經(jīng)測定ClO-與ClO-3的個(gè)數(shù)比為1∶3.

①a=L；

②寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：.

（2）某硫酸廠使用含雜質(zhì)25%的黃鐵礦（主要成分為FeS2，雜質(zhì)中不含硫元素）為原料制取硫酸，在反應(yīng)過程中有3%的硫元素?fù)p失（其余硫元素均可轉(zhuǎn)化為硫酸）.則1噸該黃鐵礦理論上可制取98%的硫酸噸？（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（3）向1 L的H2SO4和Fe2（SO4）3的混合溶液中加入CuO和銅粉且完全溶解，反應(yīng)后溶液中只含F(xiàn)e2+、Cu2+、SO2-4，且c（SO2-4）=1.0 mol/L，n（Fe2+）n（Cu2+）=23（不考慮金屬離子的水解和溶液體積變化）.則原溶液中Fe2（SO4）3濃度為.

解析（1）①氯氣通入NaOH溶液中，反應(yīng)得到NaCl、NaClO和NaClO3的混合溶液，根據(jù)元素守恒，氯原子個(gè)數(shù)與鈉原子個(gè)數(shù)相等，24 g NaOH的物質(zhì)的量為24 g40 g/mol=0.6 mol，即鈉原子為0.6 mol，則氯原子的物質(zhì)的量為0.6 mol，氯氣的物質(zhì)的量為氯原子的一半，即0.3 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L.

②氯氣通入NaOH溶液中，反應(yīng)得到NaCl、NaClO和NaClO3的混合溶液，ClO-與ClO-3的個(gè)數(shù)比為1∶3，可知氯氣到ClO-與ClO-3升價(jià)總數(shù)為1+3×5=16，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等可知Cl-的個(gè)數(shù)應(yīng)為16，再結(jié)合元素守恒配平反應(yīng)得：10Cl2+20NaOH16NaCl+NaClO+3NaClO3+10H2O.

（2）根據(jù)S元素守恒可得關(guān)系式：FeS2～2H2SO4，根據(jù)數(shù)據(jù)有如下式子：

FeS2～2H2SO4

120196

1t×75%×97%m×98%

m=1t×75%×97%×196120×98%≈1.21t.

（3）反應(yīng)后溶液中只有Fe2+、Cu2+、SO2-4三種離子，且三者所帶電荷相同，由電荷守恒可知：c（Fe2+）+c（Cu2+）=c（SO2-4）=1.0mol/L，又由n（Fe2+）n（Cu2+）=23可知，反應(yīng)后溶液中c（Fe2+）=1.0 mol/L×25=0.4 mol/L，c（Cu2+）=1.0 mol/L×35=0.6 mol/L，由Fe元素守恒可知原溶液中Fe2（SO4）3濃度為0.2 mol/L.

技巧總結(jié)：把握守恒關(guān)系是破解新高考化學(xué)計(jì)算的重要方法，能夠省略復(fù)雜的中間過程，達(dá)到快速準(zhǔn)確求解的目的.得失電子守恒是涉及氧化還原反應(yīng)中的計(jì)算的重要依據(jù)，根據(jù)化合價(jià)的變化準(zhǔn)確判斷氧化劑、還原劑及其產(chǎn)物；由化合價(jià)的變化計(jì)算得失電子數(shù)目，對(duì)于多種氧化劑、還原劑參與的多步連續(xù)的氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子守恒，可建立不同氧化劑與還原劑之間的數(shù)量關(guān)系，從而快速求解未知量.元素守恒法把握反應(yīng)過程中元素原子的種類與數(shù)目不變，是質(zhì)量守恒的根本原因；電荷守恒是電解質(zhì)溶液陰、陽離子所帶的電荷總數(shù)相同，溶液呈電中性的根本原因，也體現(xiàn)在化合物中正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，以及離子方程式中參與反應(yīng)的離子所帶電荷種類和總數(shù)與生成物相同，利用守恒關(guān)系可以簡化中間過程，快速解決相關(guān)計(jì)算[1].

2根據(jù)列關(guān)系式破解化學(xué)計(jì)算

例2（2024年陜西渭南三模，節(jié)選）重鉻酸鉀（K2Cr2O7）是一種重要的化工原料，可用于制備鉻礬、電鍍、有機(jī)合成等.（6）測定產(chǎn)品中K2Cr2O7含量：稱取樣品2.50 g配成250 mL溶液，取25.00 mL于錐形瓶中，加入足量稀硫酸和幾滴指示劑，用0.100 0 mol·L-1（NH4）2Fe（SO4）2標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定.三次實(shí)驗(yàn)消耗（NH4）2Fe（SO4）2標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為25.00 mL.則樣品中K2Cr2O7的純度為.（滴定過程中發(fā)生的反應(yīng)為Cr2O2-7+Fe2++H+Cr3++Fe3++H2O）

解析（6）根據(jù)題意，滴定過程中發(fā)生的反應(yīng)為：Cr2O2-7+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O，三次實(shí)驗(yàn)消耗（NH4）2Fe（SO4）2標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積為25.00mL，依據(jù)Cr2O2-7～6Fe2+的數(shù)量關(guān)系式，則樣品中K2Cr2O7的純度為［（0.100 0 mol/L×25.00×10-3L）/6］×294 g/mol2.5 g×（25.00 mL/250 mL）×100%=49%.

技巧總結(jié)：根據(jù)題干中的信息，通過化學(xué)方程式的配平與書寫，或者通過得失電子守恒，或者給定的物質(zhì)的數(shù)量關(guān)系，列出已知量與未知量的比例關(guān)系.有時(shí)要挖掘隱含的數(shù)量建立聯(lián)系，如氧化還原反應(yīng)中的得失電子、串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)、差量法中的差量等，從而順利地求解未知量.

變式練習(xí)：（2024江蘇連云港高三期中節(jié)選）為測定草酸鈷樣品的純度，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①取草酸鈷樣品3.000 g，加入100.00 mL 0.100 0 mol·L-1酸性KMnO4溶液，加熱充分反應(yīng)至不再有CO2氣體產(chǎn)生（該條件下Co2+不被氧化，雜質(zhì)不參與反應(yīng)）.

②將溶液冷卻，加水稀釋定容至250 mL.

③取25.00 mL溶液，用0.100 0 mol·L-1 FeSO4溶液滴定過量的KMnO4，恰好完全反應(yīng)時(shí)消耗18.00 mL FeSO4溶液.計(jì)算樣品中CoC2O4·2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并寫出計(jì)算過程.[已知：M（CoC2O4·2H2O）=183]

解析（4）根據(jù)草酸鈷樣品與酸性KMnO4溶液，加熱充分反應(yīng)至不再有CO2氣體產(chǎn)生，該條件下Co2+不被氧化，雜質(zhì)不參與反應(yīng)，可知發(fā)生的反應(yīng)為：5CoC2O4+2MnO-4+16H+10CO2+2Mn2++5Co2++8H2O，用FeSO4溶液滴定過量的KMnO4發(fā)生的反應(yīng)為：5Fe2++MnO-4+8H+Mn2++5Fe3++4H2O，n（FeSO4）=0.100 0 mol·L-1×18.00×10-3L=1.8×10-3mol，依據(jù)電子守恒：n（KMnO4）×5=n（FeSO4）×1，被FeSO4還原KMnO4的物質(zhì)的量 n（KMnO4）＝3.6×10-3mol，則與CoC2O4反應(yīng)的KMnO4的物質(zhì)的量為：0.1 L×0.1 mol/L-0.003 6 mol=0.006 4 mol，依據(jù)電子守恒：n（KMnO4）×5=n（CoC2O4）×2，n（CoC2O4）=

0.016 mol，ω（CoC2O4·2H2O）＝0.016 mol×183 g/mol3.000 g×100%＝97.60%.

3根據(jù)特定表達(dá)式破解化學(xué)計(jì)算

例3（1）常溫下用氨浸-水合肼還原法浸取AgCl，已知：Ag+（aq）+2NH3·H2O（aq）［Ag（NH3）2］+（aq）+2H2OK4=1.6×107，

Ksp（AgCl）=1.8×10-10，寫出AgCl溶于氨水發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：，計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=（保留3位有效數(shù)字）.

（2）NO的應(yīng)用.NO分解ICl制取I2和Cl2的原理如下：

反應(yīng)Ⅰ：

2ICl（g）+2NO（g）2NOCl（g）+

I2（g）K1

反應(yīng)Ⅱ：

2NOCl（g）2NO（g）+Cl2（g）K2

反應(yīng)的-lgK～T（K值為平衡時(shí)用各氣體的分壓表示得出的值）的關(guān)系如圖2所示.

430 K時(shí)，反應(yīng)2ICl（g）I2（g）+Cl2（g）的K為.

解析（1）AgCl溶于氨水的離子方程式為AgCl+2NH3·H2O［Ag（NH3）2］++Cl-+2H2O；K4=c［Ag（NH3）+2］c2（NH3·H2O）·c（Ag+）=1.6×107，Ksp（AgCl）=c（Ag+）·c（Cl-）=1.8×10-10，所以K=c［Ag（NH3）+2］·c（Cl-）c2（NH3·H2O）=c［Ag（NH3）+2］·c（Cl-）·c（Ag+）c2（NH3·H2O）·c（Ag+）=K4·Ksp（AgCl）

=1.6×107×1.8×10-10=2.88×10-3.

（2）由圖2可知，430 K時(shí)，-lgK1=1.1、-lg K2=2.9，則K1=c2（NOCl）c（I2）c2（ICl）c2（NO）=10-1.1、K2=c2（NO）·c（Cl2）c2（NOCl）=10-2.9，反應(yīng)2ICl（g）I2（g）+Cl2（g）的K=c（I2）c（Cl2）c2（ICl）=K1K2=10-1.1×10-2.9=10-4.

技巧總結(jié)：對(duì)于特定表達(dá)式進(jìn)行的計(jì)算，若沒有直接的數(shù)據(jù)代入，要先讀懂題意，明確目標(biāo)計(jì)算，根據(jù)題意對(duì)特定表達(dá)式做一些變形.例如對(duì)平衡常數(shù)的微計(jì)算，先寫出表達(dá)式，通過分子、分母同乘以某個(gè)數(shù)值，轉(zhuǎn)變成電離平衡常數(shù)、溶度積常數(shù)等代入計(jì)算.也可以通過蓋斯定律對(duì)方程式的疊加得出目標(biāo)方程式，相加K則相乘，相減K則相除，系數(shù)為原來的多少倍，則K為原來多少次方，從而突破平衡常數(shù)的計(jì)算.對(duì)于破解其他關(guān)系式的計(jì)算，需要從題干信息中尋找能夠得到的數(shù)值及相互關(guān)系，同時(shí)可運(yùn)用轉(zhuǎn)化替換的思想進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，即可解答.

4結(jié)束語

綜上所述，新高考化學(xué)中的計(jì)算，題干信息簡潔明了，同時(shí)突出對(duì)化學(xué)主干知識(shí)的考查，化學(xué)味濃厚，因此在未來的高考中將會(huì)高頻出現(xiàn)，應(yīng)引起重視，并進(jìn)行針對(duì)性的復(fù)習(xí)強(qiáng)化.

參考文獻(xiàn)：

［1］

冉貞春.基于對(duì)高考化學(xué)備考策略的再思考[J].科學(xué)咨詢，2017（28）：45.

［責(zé)任編輯：季春陽］