盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（26）-专题六第三讲 化学计算

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【复习目标】
1．掌握把物质性质、实验原理与化学计算有机融合，突出了化学计算综合能力；
2．强化基本计算思想和方法，提高数学计算方法的运用能力。
【重点突破】 关系式法和守恒法。
【真题再现】
例1．(2023·江苏高考)催化电解吸收 QUOTE CO2的KOH溶液可将 QUOTE CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率( QUOTE FE%)随电解电压的变化如图乙所示。
FE%＝eq \f(Qx（生成还原产物X所需要的电量）,Q总（电解过程中通过的总电量）)×100%
其中，QX=nF QUOTE ，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。当电解电压为U3V QUOTE 时，电解生成的 QUOTE C2H4和 QUOTE HCOO-的物质的量之比为______（写出计算过程）。
解析：当电解电压为U3V时，电解过程中还原产物C2H4的 QUOTE QUOTE FE%为24%，还原产物HCOO-的 QUOTE FE%为8%，每生成1ml QUOTE QUOTE C2H4转移12mle-，每生成1ml QUOTE HCOO-转移2mle-，故电解生成的 QUOTE QUOTE C2H4和HCOO-的物质的量之比为eq \f(24%,12)∶eq \f(8%,2)=1∶2︰ QUOTE 。
答案：1∶2
例2．（2022·江苏高考）FeS2、FeS在空气中易被氧化，将FeS2在空气中氧化，测得氧化过程中剩余固体的质量与起始FeS2的质量的比值随温度变化的曲线如图所示。800℃时，FeS2氧化成含有两种元素的固体产物为_______(填化学式，写出计算过程)。
解析：从上图可知，800℃时，氧化过程中剩余固体的质量与起始FeS2的质量的比值为66.7%，设FeS2氧化成含有两种元素的固体产物化学式为FeOx，M(FeS2)=120g∙ml−1，则M(FeOx)=120g∙ml−1×66.7%=80.04 g∙ml−1，56+16x=80.04，x=eq \f(3,2) ，所以固体产物为Fe2O3。
答案：Fe2O3
例3．（2021·江苏高考）准确量取2.50mL除去Fe3+的ZnSO4溶液于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取20.00mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH=10，用0.0150ml·L-1EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点（滴定反应为Zn2++Y4-=ZnY2-），平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度 （写出计算过程）。
解析：根据Zn2++Y4-=ZnY2-，可知20.00mL稀释后的溶液中含ZnSO4的物质的量为0.025L×0.015ml·L-1=3.75×10-4ml；ZnSO4溶液的物质的量浓度为
；
答案：0.75 ml·L-1
例4．（2021·江苏适应卷）（3）通过下列方法测定产品纯度：准确称取0.5000g CuSO4·5H2O样品，加适量水溶解，转移至碘量瓶中，加过量KI溶液并用稀H2SO4酸化，以淀粉溶液为指示剂，用0.1000 ml∙L−1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3的溶液19.80mL。测定过程中发生下列反应：2Cu2++4I－=2CuI↓+I2、2+I2=S4O62-+2I－。计算CuSO4·5H2O样品的纯度（写出计算过程）：_______。
解析：根据题意得到关系式CuSO4·5H2O～Na2S2O3，样品中CuSO4·5H2O物质的量为0.1000 ml∙L−1×0.0198L=0.00198ml，则CuSO4·5H2O样品的纯度的纯度。
答案：根据关系式CuSO4·5H2O～Na2S2O3
样品中CuSO4·5H2O物质的量为0.1000 ml∙L−1×0.0198L=0.00198ml，则CuSO4·5H2O样品的纯度的纯度99.00%。
小结：基本的氧化还原关系式的计算要提高正确率。
例5．硫酸镍铵[(NH4)xNiy(SO4)m·nH2O]可用于电镀、印刷等领域。某同学为测定硫酸镍铵的组成，进行如下实验：
①准确称取2.335 0 g样品，配制成100.00 mL溶液A；
②准确量取25.00 mL溶液A，用0.040 00 ml·L-1 EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的 Ni2+（离子方程式为Ni2++H2Y2-NiY2-+2H+），消耗EDTA标准溶液31.25 mL；
③另取25.00 mL溶液A，加足量的NaOH溶液并充分加热，生成NH356.00 mL（标准状况）。
（1）25.00 mL溶液A中n(Ni2+)= 、n(NHeq \\al(+,4))= 。
（2）25.00 mL溶液A中n(SOeq \\al(2－,4))= 。
（3）0.58375 g(原样品质量的1/4)硫酸镍铵中结晶水n(H2O)= 。
（4）硫酸镍铵的化学式为 。
解析：（1）n(Ni2+)=n(EDTA)=0.04000ml·L-1×31.25×10-3L=1.250×10-3ml，
n(NHeq \\al(+,4))=n(NH3)= eq \f(56.00×10-3L,22.4 L·ml-1)=2.500×10-3 ml。
（2）根据电荷守恒，n(SOeq \\al(2－,4))=eq \f(2n(Ni2+)+ n(NHeq \\al(+,4)),2)=2.500×10-3 ml。
（3）m(Ni2+)=59 g·ml-1×1.250×10-3 ml=0.07375 g
m(NHeq \\al(+,4)) )=18 g·ml-1×2.500×10-3 ml=0.045 00 g
m(SOeq \\al(2－,4))=96 g·ml-1×2.500×10-3 ml=0.240 0 g
n(H2O)= eq \f(0.58375g-0.07375g-0.04500g-0.2400g,18g·ml-1)1.250×10-2 ml。
（4）x∶y∶m∶n= n(NHeq \\al(+,4))∶n(Ni2+)∶m(SOeq \\al(2－,4))∶n(H2O)=2∶1∶2∶10，
硫酸镍铵的化学式为(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O。
答案：（1）1.250×10-3 ml 2.500×10-3 ml
（2）2.500×10-3 ml
（3）1.250×10-2 ml
（4）(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O
小结：综合运用电荷和质量守恒进行计算。
【知能整合】
解化学计算题的关键是要能应用化学知识，从定量的角度分析、解决化学实际问题。以考查计算能力为主的第16题，基本上是以中和滴定、氧化还原滴定、热重分析等原理，利用电子守恒、质量守恒、电荷守恒等方法对特定物质的质量、浓度、质量分数、转化率、化学式、混合物成分、化学平衡常数、Ksp、pH等进行相关计算。计算题的情景一般符合客观事实，具有真实性和一定的应用价值，出现纯计算的大题已经很少了，一般穿插于实验题、工业设计题中，均以小题的形式呈现。把物质性质、实验操作与化学计算有机融合，突出了学科知识的综合和化学计算的本质，体现了化学学科对化学计算的要求，首先是化学问题，其次才是考计算能力，计算具有应用意义。解计算题目时要注意分析题中信息，弄清变化实质，然后从量的角度，发现、找寻物质之间的转变和联系。化学计算不一再是全卷中的最难试题，化学计算实用性更明显。
1．多步进行的连续反应运用关系式法。关系式的建立：
（1）利用化学方程式之间的化学计量数间的关系建立关系式
（2）利用化学方程式的加合建立关系式
（3）利用微粒守恒建立关系式
2．化学反应前后质量守恒、元素守恒、得失电子守恒、能量守恒、电荷守恒。建立守恒关系，运用守恒解题是常用方法。关键在于建立守恒关系：
质量守恒定律、微粒守恒
氧化还原反应：得失电子守恒
化合物的化学式存在的-----正、负化合价总数相等
电解质溶液中存在的-----阴、阳离子电荷守恒
3．化学反应前后物质的某些物理量发生的变化，如质量、气体物质的体积、压强、物质的量、反应过程中热量的变化，它们的变化参与反应的物质的量也成正比。利用这个规律来行计算。
4．解计算题要注意规范，不规范的主要表现：
（1）不按照要求写解题过程
（2）未注意溶液体积的变化，未注意溶液的部分取用等
（3）化学方程式写错（系数）
（4）相对分子质量计算错
（5）关系式看错或数据引用看错
（6）不注意有效数字的要求
（7）若无巧妙的解法，题给的所有数据基本都应被用到。
【体系再构】
【巩固练习】
基础训练
1．通过下列方法测定产品纯度：准确称取2.000 g NaHSO2·HCHO·2H2O样品，完全溶于水配成100.00mL溶液，取20.00mL于碘量瓶中，加入50.00 mL 0.09000 ml·L-1 I2标准溶液，振荡，于暗处充分反应。以淀粉溶液为指示剂，用0.1000 ml·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液10.00mL.测定过程中发生下列反应：
NaHSO2·HCHO·2H2O+2I2===NaHSO4+4HI+HCHO 2S2O32-+I2===S4O62-+2I-
计算NaHSO2·HCHO·2H2O样品的纯度 （写出计算过程）。
2．三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体[K3Fe(C2O4)3·xH2O]是一种光敏材料。为测定其纯度(杂质不参加反应)进行如下实验:
步骤一：称取5.000 g三草酸合铁酸钾晶体，配制成250.00 mL溶液。
步骤二：取25.00 mL溶液用酸性KMnO4溶液将C2Oeq \\al(2－,4)恰好全部氧化为二氧化碳，向反应后的溶液中加入锌粉至黄色消失，过滤，洗涤，将滤液和洗涤液合并。
步骤三：用0.010 00 ml·L-1酸性KMnO4溶液滴定合并后的溶液至终点，消耗KMnO4溶液20.00 mL。
步骤四：另取5.000 g三草酸合铁酸钾晶体，在110 ℃下加热至完全失去结晶水，剩余固体质量为4.460 g。
已知：酸性条件下MnOeq \\al(－,4)被还原成Mn2+。
（1）加入锌粉的目的是 。
（2）步骤二中C2Oeq \\al(2－,4)发生反应的离子方程式为 ，在步骤二中，若加入的KMnO4溶液的量不足，则测得的铁含量 （填“偏低”“偏高”或“不变”）。
（3）步骤三滴定终点的现象为 。
（4）计算该三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体的纯度，写出计算过程。
拓展训练
3．用硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]为原料通过下列流程可以制备晶体A。
已知：25 ℃时，[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2Oeq \\al(2－,4)(aq)，K=10-16
（1）写出步骤Ⅰ生成黄色沉淀(FeC2O4·2H2O)的化学方程式： 。
（2）步骤Ⅱ水浴加热需控制40 ℃的理由是 。
（3）某研究小组同学欲检验晶体A中含有三价铁，取少量晶体放入试管中，用蒸馏水充分溶解，向试管中滴入几滴0.1ml·L-1KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由： 。
（4）某研究小组通过如下实验步骤测定晶体A的化学式：
步骤1：准确称取A样品4.9100 g，干燥脱水至恒重，残留物质量为4.3700 g。
步骤2：准确称取A样品4.9100 g置于锥形瓶中，加入足量的3.000 ml·L-1 H2SO4溶液和适量蒸馏水，用0.5000 ml·L-1 KMnO4溶液滴定，当MnOeq \\al(－,4)恰好完全被还原为Mn2+时，消耗KMnO4溶液的体积为24.00 mL。
步骤3：将步骤1所得固体溶于水，加入铁粉0.2800 g，恰好完全反应。
通过计算确定晶体A的化学式（写出计算过程）。
4．以软锰矿（主要成分为MnO2）和硫锰矿（主要成分为MnS）为原料制备硫酸锰晶体的工艺流程如下：
（1）滤渣中存在一种非金属单质，则酸浸过程中的化学方程式为 。
（2）实验室常用氧化还原法测定MnSO4·H2O晶体的纯度，原理如下：
2Mn2++NOeq \\al(－,3)+4POeq \\al(3－,4)+2H+===2[Mn(PO4)2]3-+NOeq \\al(－,2)+H2O NHeq \\al(+,4)+ NOeq \\al(－,2)===N2↑+2H2O
[Mn(PO4)2]3-+Fe2+===Mn2++[Fe(PO4)2]3-
称取MnSO4·H2O样品1.0000 g，溶于适量水，以磷酸作配位剂，加入过量硝酸铵，在220～240℃下充分反应。然后以N—苯代邻氨基苯甲酸作指示剂，用0.1000 ml·L-1硫酸亚铁铵标准溶液滴定生成的[Mn(PO4)2]3-至终点。重复操作3次，记录数据如下表：
①已知：Fe2++ NOeq \\al(－,2)+2H+===Fe3++NO↑+H2O。测定过程中，加入过量硝酸铵的作用是 和 。
② 若滴定过程中标准溶液硫酸亚铁铵不是新配制的，所测定的MnSO4·H2O晶体的纯度将会 （填“偏低”“偏高”或“不变”）。
③ 计算样品中MnSO4·H2O的质量分数（写出计算过程）。
【巩固练习】答案
1．77.00%
2．（1）将Fe3+还原为Fe2+
（2）2 MnOeq \\al(－,4)+5 C2Oeq \\al(2－,4)+16H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O 偏高
（3）锥形瓶内溶液变浅红色且半分钟内不消失
（4）5Fe2++ MnOeq \\al(－,4)+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O
n(Fe2+)=5n(MnOeq \\al(－,4))=5×20.00×10-3 L×0.010 00 ml·L-1×10=1.000×10-2 ml
n(H2O)=eq \f(5.000g-4.460g,18g·ml-1)=3.000×10-2 ml
1∶x=1.000×10-2 ml∶3.000×10-2 ml x=3
晶体化学式为K3Fe(C2O4)3·3H2O
晶体纯度=eq \f(1.000×10-2ml×491 g·ml-1,5.000g)×100%=98.20%
3．（1）(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O+H2C2O4===H2SO4+FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4+4H2O
（2）温度太高，H2O2分解;温度太低，Fe2+氧化速度太慢
（3）不可行，因为[Fe(C2O4)3]3-转化为[Fe(SCN)]2+反应的平衡常数较小，离子浓度太小，观察不到明显现象，所以无法检验
（4）n(H2O)= eq \f(4.9100g-4.370g,18g·ml-1)=0.0300 ml
2Fe3++Fe===3Fe2+
n(Fe3+)=2n(Fe)=eq \f(2×0.2800,56) ml=0.0100 ml
由方程式2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O可知:
n(C2Oeq \\al(2－,4))=2.5n(KMnO4)=2.5×0.5000 ml·L-1×0.024 L=0.0300 ml
根据离子电荷守恒:n(K+)+3n(Fe3+)=2n(C2Oeq \\al(2－,4))，n(K+)=0.0300 ml，
n(K+)∶n(Fe3+)∶n(C2Oeq \\al(2－,4))∶n(H2O)
=0.0300ml∶0.0100ml∶0.0300ml∶0.0300 ml=3∶1∶3∶3
所以A为K3Fe(C2O4)3·3H2O
4．（1）MnO2+MnS+2H2SO4===2MnSO4+S+2H2O
（2） ①将试样中的二价锰定量氧化成三价锰 与产生的亚硝酸盐反应消除对滴定的影响
②偏高 ③消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液平均值为20.00 mL
2MnSO4·H2O－2[Mn(PO4)2]3-－2Fe2+
n(MnSO4·H2O)=n(Fe2+)=20.00×10-3 L×0.1000 ml·L-1=2×10-3 ml
样品中MnSO4·H2O的质量分数为eq \f(2×10-3ml×169 g·ml-1,1.000g)×100%=33.8%
【课后作业】
1．高锰酸钾纯度的测定：称取1.0800 g样品，溶解后定容于100 mL容量瓶中，摇匀。取浓度为0.2000 ml·L-1的H2C2O4标准溶液20.00 mL，加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的体积为24.48mL，该样品的纯度为________（列出计算式即可，已知2MnOeq \\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O）。
2．“灼烧”时，Sc2(C2O4)3·6H2O[摩尔质量为462 g·ml-1]在空气中分解得到Sc2O3，实验测得灼烧过程中固体残留率随温度的变化如图3所示，500 K时，固体的主要成分是________（写出计算过程）。
3．聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
（1）将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2+的离子方程式为 ；水解聚合反应会导致溶液的pH 。
（2）测定聚合硫酸铁样品中铁的质量分数：准确称取液态样品3.000 g，置于250 mL锥形瓶中，加入适量稀盐酸，加热，滴加稍过量的SnCl2溶液（Sn2+将Fe3+还原为Fe2+），充分反应后，除去过量的Sn2+。用5.000×10−2 ml·L-1 K2Cr2O7溶液滴定至终点（滴定过程中Cr2Oeq \\al(2－,7)与Fe2+反应生成Cr3+和Fe3+），消耗K2Cr2O7溶液22.00 mL。
①上述实验中若不除去过量的Sn2+，样品中铁的质量分数的测定结果将 （填“偏大”“偏小”或“无影响”）。
②计算该样品中铁的质量分数。
4．工厂化验员检验某含有KBrO3、KBr及惰性物的样品。化验员称取了该固体样品1.000 g，加水溶解后配成100 mL溶液X。
Ⅰ. 取25.00 mL溶液X，加入稀硫酸，然后用Na2SO3将BrOeq \\al(－,3)还原为Br－；
Ⅱ. 去除过量的SOeq \\al(2－,3)后调至中性；
Ⅲ. 加入K2CrO4作指示剂，用0.100 0 ml·L－1AgNO3标准溶液滴定Br－至终点，消耗 AgNO3标准溶液11.25 mL；
Ⅳ. 另取25.00 mL溶液X，酸化后加热，再用碱液调至中性，测定过剩Br－，消耗上述AgNO3标准溶液3.75 mL。
已知：①25 ℃时，Ag2CrO4（砖红色）Ksp＝1.12×10-12，AgBr（浅黄色）的Ksp＝5.0×10-15；②Ⅳ中酸化时发生反应：BrOeq \\al(－,3)＋5Br－＋6H＋=== 3Br2＋3H2O
请回答：
（1）步骤Ⅰ中，反应的离子方程式为________________________________。
（2）步骤Ⅲ中，滴定终点的现象为__________________________________________。
（3）步骤Ⅳ中，加热的目的是________________________。
（4）计算试样中KBrO3质量分数。(写出计算过程，结果保留3位有效数字)
【课后作业】答案
1．根据新信息反应式或得失电子守恒计算高锰酸钾产品纯度，注意配制溶液体积与取用量之间的转化问题。草酸中碳元素为＋3价，氧化产物为CO2，高锰酸钾被还原为＋2价锰离子，根据得失电子守恒知，5n(KMnO4)＝2n(H2C2O4)，
w(KMnO4)＝eq \f(20.00×10-3L×0.2000 ml·L-1×eq \f(2,5)×eq \f(100mL,24.48mL)×158g·ml-1,1.080g)×100%
2．设初始时为1 ml Sc2(C2O4)3·6H2O，m[Sc2(C2O4)3·6H2O]＝1 ml×462 g·ml-1＝462 g。500 K时，剩余固体质量＝1 ml×462 g·ml-1×76.62%≈354 g，固体质量减少Δm＝462 g-354 g＝108 g，减少的质量为6 ml H2O的质量，故500 K时固体成分为Sc2(C2O4)3。
3．（1）2Fe2++ H2O2+2H+===2Fe3++2H2O 减小
（2）①偏大
②n(Cr2Oeq \\al(2－,7))=5.000×10−2 ml·L−1×22.00 mL×10−3 L·mL−1=1.100×10−3 ml
由滴定时Cr2Oeq \\al(2－,7)→Cr3+和Fe2+→Fe3+，根据电子得失守恒可得微粒的关系式：
Cr2Oeq \\al(2－,7)~6Fe2+
（或Cr2Oeq \\al(2－,7)+14H++6Fe2+===6Fe3++2Cr3++7H2O）
则n(Fe2+)=6n(Cr2Oeq \\al(2－,7))=6×1.100×10−3 ml=6.600×10−3 ml
样品中铁元素的质量：
m(Fe)=6.600×10−3 ml×56 g·ml−1=0.3696 g
样品中铁元素的质量分数：w(Fe)=×100%=12.32%
4．（1） 3SOeq \\al(2－,3)＋BrOeq \\al(－,3)===Br－＋3SOeq \\al(2－,4)
（2）当滴入最后一滴AgNO3溶液时，产生砖红色沉淀
（3）除去溶解在溶液中的Br2（或使Br2挥发）
（4） w(KBrO3)＝8.35%
第一次所取25.00 mL溶液中：
n(Br－)总＝n(AgBr)＝0.1000 ml·L-1×11.25×10-3 L＝1.125×10-3 ml
所以，n(BrOeq \\al(－,3))＋n(Br－)＝n(Br－)总＝1.125×10-3 ml
第二次所取25.00 mL溶液，加酸反应后：
n(Br－)余＝0.1000ml·L-1× 3.75×10-3L＝3.75×10-4 ml
由步骤Ⅳ可知：BrOeq \\al(－,3)～5Br－
所以，n(BrOeq \\al(－,3))＝eq \f(1,6)×[n(Br－)总－n(Br－)余]
＝eq \f(1,6)×(1.125×10-3 ml－3.75×10-4 ml)＝1.25×10-4 ml
由1 g样品配成100 mL溶液，且每次实验取的是25 mL
所以，w(KBrO3)＝eq \f(1.25×10－4 ml×4×167 g·ml-1,1.000 g)×100%＝8.35%。滴定次数
0.100 0 ml·L-1(NH4)2Fe(SO4)2
标准溶液读数/mL
滴定前
滴定后
1
0.10
20.20
2
1.32
21.32
3
1.05
20.95