重要概念的含義與應(yīng)用
化學(xué)計(jì)算是借助于用數(shù)學(xué)計(jì)算的知識(shí)，從量的方面來對(duì)化學(xué)的概念或原理加深理解或通過計(jì)算進(jìn)一步掌握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律。另外，通過計(jì)算還能培養(yǎng)分析、推理、歸納等邏輯思維能力和解決實(shí)際問題的能力。
初中化學(xué)計(jì)算的主要內(nèi)容如下：
(一)有關(guān)化學(xué)式的計(jì)算
用元素符合來表示物質(zhì)組成的式子叫做化學(xué)式。本知識(shí)塊的計(jì)算關(guān)鍵是抓住這一概念，理解概念的含義，并要深刻理解化學(xué)式中各符號(hào)及數(shù)字的意義，處理好部分與整體之間的算術(shù)關(guān)系。
1.計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量。
相對(duì)分子質(zhì)量是指化學(xué)式中各原子的相對(duì)原子質(zhì)量的總和。通過化學(xué)式可以計(jì)算出該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量，也可以通過相對(duì)分子質(zhì)量，求某物質(zhì)的化學(xué)式。在計(jì)算的過程中應(yīng)注意化學(xué)式前面的數(shù)字(系數(shù))與相對(duì)分子質(zhì)量及元素符號(hào)右下角的數(shù)字與相對(duì)原子質(zhì)量之間的關(guān)系是“相乘”不是“相加”；若計(jì)算結(jié)晶水合物的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，化學(xué)式中間的“·”與結(jié)晶水的相對(duì)分子質(zhì)量之間是“相加”不是“相乘”。
例計(jì)算5CuSO4·5H2O的相對(duì)分子質(zhì)量總和。
5CuSO4·5H2O=5×[64+32+16×4+5×(1×2+16)]=5×[160+5×18]=1250
2.計(jì)算化合物中各元素的質(zhì)量比
宏觀上物質(zhì)是由元素組成的，任何純凈的化合物都有固定的組成，這樣可以計(jì)算化合物中所含元素的質(zhì)量比。計(jì)算的依據(jù)是所含元素的質(zhì)量比，等于微觀上每個(gè)分子(即化學(xué)式)中各種原子的個(gè)數(shù)與其原子量的乘積之比。
例計(jì)算氧化鐵中鐵元素和氧元素的質(zhì)量比。
氧化物的化學(xué)式：Fe2O3，則
Fe∶O=56×2∶16×3=112∶48=7∶3
3.計(jì)算化合物中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
宏觀上化合物中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于微觀上化合物的每個(gè)分子中，該元素的原子的相對(duì)原子質(zhì)量總和與化合物的相對(duì)分子質(zhì)量之比，即：
化合物中某元素質(zhì)量比=×100%
例計(jì)算硝酸銨(NH4NO3)中，含氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
w(N)=×100%=35%
(二)有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算
化學(xué)方程式是用化學(xué)式表示化學(xué)反應(yīng)的式子，這樣，化學(xué)方程式不僅表達(dá)了物質(zhì)在質(zhì)的方面的變化關(guān)系，即什么是反應(yīng)物質(zhì)和什么是生成物質(zhì)，而且還表達(dá)物質(zhì)在量的方面的變化關(guān)系，即反應(yīng)物質(zhì)和生成物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，同時(shí)包括反應(yīng)物質(zhì)和生成物質(zhì)的微粒個(gè)數(shù)關(guān)系，這是有關(guān)化學(xué)方程式計(jì)算的理論依據(jù)。
1.有關(guān)反應(yīng)物和生成物的計(jì)算
這是化學(xué)方程式計(jì)算中最基礎(chǔ)的題型，要深刻理解化學(xué)方程式的含義，理解反應(yīng)物質(zhì)和生成物質(zhì)在微觀上和質(zhì)量上的關(guān)系。例如將一氧化碳在空氣中點(diǎn)燃后生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)中，它們的關(guān)系：
2CO+O22CO2
微粒比：2∶1∶2
質(zhì)量比：2×28∶32∶88(7∶4∶11)
*體積比：2∶1∶2
(同溫、同壓)
質(zhì)量守恒：56+32=88
可以看出，化學(xué)方程式能表達(dá)出多種量的關(guān)系，這些關(guān)系都是解答有關(guān)化學(xué)方程中的已知和未知的隱含的已知條件，這些條件都可以應(yīng)用于計(jì)算時(shí)的“橋梁”，是整個(gè)計(jì)算題的基礎(chǔ)和依據(jù)。
2.不純物的計(jì)算
化學(xué)方程式中所表示的反應(yīng)物和生成物都是指純凈物，不純物質(zhì)不能代入方程式進(jìn)行計(jì)算。遇到不純物質(zhì)時(shí)，需要將不純物質(zhì)換算成純凈物質(zhì)的量，才能代入方程式，按質(zhì)量比進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算關(guān)系為：
純凈物的質(zhì)量=不純物的質(zhì)量×純凈物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
例用含F(xiàn)e2O375%的赤鐵礦石20噸，可煉出含雜質(zhì)4%的生鐵多少噸？
解：20噸赤鐵礦石中含純Fe2O3的質(zhì)量為：20噸×75%=15噸
設(shè)可煉出含雜質(zhì)4%的生鐵質(zhì)量為x
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
160112
15噸(1-4%)x
x==12.5噸
3.選量(過量)計(jì)算
化學(xué)方程式計(jì)算的理論依據(jù)就是質(zhì)量守恒定律。在質(zhì)量守恒定律中，“參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”。要著重理解“參加”兩個(gè)字的含義，即沒有“參加”反應(yīng)的物質(zhì)，就不應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。在有些計(jì)算題中，給出了兩種反應(yīng)物的質(zhì)量，求生成物，這時(shí)就必須考慮，給出的兩種物質(zhì)的質(zhì)量是否都恰好參加了反應(yīng)。這時(shí)思考的范圍就應(yīng)大一些。
例今有氫氣與氧氣的混合氣共20克，在密閉的容器中點(diǎn)燃，生成水18克，則下列分析正確的是()
(A)氫氣10克，氧氣10克(B)氫氣2克，氧氣18克
(C)氫氣4克，氧氣16克(D)氫氣1克，氧氣19克
根據(jù)化學(xué)方程式，求出氫氣在氧氣里燃燒時(shí)氫氣與氧氣的質(zhì)量比，然后進(jìn)行比較。
2H2+O22H2O
4∶32∶36
1∶8∶9
氫氣在氧氣中燃燒時(shí)，氫氣與氧氣的質(zhì)量比為1∶8，即若有1克氫氣需要氧氣8克；若有2克氫氣需要氧氣16克。本題中生成18克的水，則必然是氫氣2克，氧氣16克。故(B)、(C)選項(xiàng)都有可能。若按(B)選項(xiàng)會(huì)剩余2克，氧氣沒有參加反應(yīng)；若按(C)選項(xiàng)會(huì)剩余2克氫氣。故本題答案為(B)和(C)。這樣會(huì)得出一個(gè)結(jié)論：若遇兩個(gè)已知量，是按少的量(即不足的量)來進(jìn)行計(jì)算。
4.多步反應(yīng)的計(jì)算
從一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中求出的質(zhì)量，用此量再進(jìn)行另一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)計(jì)算，求最后一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的量，一般稱之為多步反應(yīng)的計(jì)算。
例計(jì)算用多少克的鋅跟足量稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣，能跟12.25克的氯酸鉀完全分解后生成的氧氣恰好完全反應(yīng)生成水。
本題涉及三個(gè)化學(xué)反應(yīng)：
Zn+H2SO4(稀)＝ZnSO4+H2↑
2KClO32KCl+3O2↑
2H2+O22H2O
可以用三個(gè)化學(xué)方程式中的微粒關(guān)系，找出它們的已知量與未知量的關(guān)系式：
2KClO3～3O2～6H2～6Zn即KClO3～3Zn
設(shè)需用鋅的質(zhì)量為x，根據(jù)上述關(guān)系式，
KClO3～3Zn
122.53×65
12.25克x
x==19.5克
從以上的有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算可以看出，在計(jì)算的過程中，主要應(yīng)用的關(guān)系式是質(zhì)量比，在一個(gè)題目中，最好用統(tǒng)一的單位，若試題中給出了兩個(gè)量的單位不一樣，可以換算成比較方便有利于計(jì)算的一個(gè)單位，這樣可避免發(fā)生錯(cuò)誤。關(guān)于化學(xué)方程式計(jì)算的解題要領(lǐng)可以歸納為：
化學(xué)方程式要配平，需將純量代方程；
量的單位可直接用，上下單位應(yīng)相同；
遇到有兩個(gè)已知量，應(yīng)找不足來進(jìn)行；
遇到多步的反應(yīng)時(shí)，關(guān)系式法有捷徑。
(二)有關(guān)溶液的計(jì)算
溶液是一種或幾種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)里形成均一、穩(wěn)定的混合物，在有關(guān)溶液的計(jì)算中，要準(zhǔn)確分析溶質(zhì)、溶劑、溶液的質(zhì)量，它們的最基本的質(zhì)量關(guān)系是：
溶質(zhì)質(zhì)量+溶劑質(zhì)量=溶液質(zhì)量
應(yīng)注意此關(guān)系中，溶質(zhì)質(zhì)量不包括在溶液中未溶解的溶質(zhì)的質(zhì)量。
1.溶解度的計(jì)算
固體物質(zhì)溶解度的概念是：在一定溫度下，某固態(tài)物質(zhì)在100克溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量，叫做這種物質(zhì)在這種溶劑里的溶解度。
根據(jù)溶解度的概念和溶液中溶質(zhì)、溶劑和溶液的量的關(guān)系，可進(jìn)行如下的有關(guān)計(jì)算。
(1)根據(jù)在一定溫度下，某物質(zhì)飽和溶液里的溶質(zhì)和溶劑的量，求這種物質(zhì)的溶解度。
(2)根據(jù)某物質(zhì)在某溫度下的溶解度，求該溫度下一定量的飽和溶液里含溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量。
(3)根據(jù)某物質(zhì)在某溫度下的溶解度，求如果溶劑質(zhì)量減少(蒸發(fā)溶劑)時(shí)，能從飽和溶液里析出晶體的質(zhì)量。
(4)根據(jù)某物質(zhì)在某溫度下的溶解度，求如果溫度變化(降溫或升溫)時(shí)，能從飽和溶液里析出或需加入晶體的質(zhì)量。
2.溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算
溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是溶質(zhì)質(zhì)量與溶液質(zhì)量之比。初中化學(xué)中常用百分?jǐn)?shù)來表示。溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式如下：
溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%
溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算題可以有：
(1)已知溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量，求溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
(2)已知溶液的質(zhì)量和它的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，求溶液里所含溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量。
(3)將一已知濃度的溶液加入一定量的水進(jìn)行稀釋，或加入固體溶質(zhì)，求稀釋后或加入固體后的溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
3.溶液度與溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的換算
在一定溫度下，飽和溶液里溶質(zhì)質(zhì)量、溶劑質(zhì)量、溶液質(zhì)量之比，是一個(gè)固定的值，也就是說飽和溶液里溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是恒定的。在計(jì)算中首先要明確溶液度與溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)兩個(gè)概念的本質(zhì)區(qū)別。其次是要注意條件，必須是在一定溫度下的飽和溶液，才能進(jìn)行換算。
溶解度與溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比較如下：
溶解度質(zhì)量分?jǐn)?shù)
量的關(guān)系表示溶質(zhì)質(zhì)量與溶劑質(zhì)量之間的關(guān)系表示溶質(zhì)質(zhì)量與溶液質(zhì)量之間的關(guān)系
條件①與溫度有關(guān)(氣體還跟壓強(qiáng)有關(guān))②一定是飽和溶液①與溫度、壓強(qiáng)無(wú)關(guān)②不一定是飽和溶液，但溶解溶質(zhì)的質(zhì)量不能超過溶解度
表示方法用克表示，即單位是克用%表示，即是個(gè)比值，沒有單位
運(yùn)算公式溶解度=×100%=×100%
換算公式飽和溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%
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