化学方程式的计算及优化

“生态建筑”是从设计、建设、使用到废弃的整个过程都做到无害化,具有节约能源、节约资源、保护环境、以人为本的特点．太阳能—氢能住宅即为摆脱依赖矿物能源的希望所在．左图即为美国纽约技术学院研制的太阳能—氢能住宅．

知能概述

用化学式表示化学反应的式子叫化学方程式,它可以表示:反应物和生成物的种类及反应的条件,反应物与生成物的质量比,反应物与生成物的粒子个数比等信息．书写化学方程要依据客观事实,遵循质量守恒定律(配平)．

根据化学方程式进行计算是化学方程式的重要应用,计算时要做到有清晰的思路、正确的方法、准确的计算及规范的书写．

问题解决

例1　(双选)有某反应:X＋H2SO4→BaSO4↓＋2Y,下面分析正确的是(　)．

A．Y中一定含有氢元素

B．X一定是BaCl2

C．Y可能是HCl

D．X和Y的相对分子质量之差为135

(上海市竞赛题)

解题思路　书写化学方程式要遵循质量守恒定律,化学方程式两边所含元素种类要一致,故生成物中一定要含有氢元素,X为含有Ba2＋的可溶性物质,如BaCl2或Ba(NO3)2等．

根据化学方程式的计算除常规计算外,还应该掌握关于不纯物的计算、过量计算、未完全反应的计算、差量法等．

例2　将一定质量的甲、乙、丙、丁四种物质放入密闭容器中,在一定条件下发生反应．反应前及t1,t2时各物质质量如图所示．关于该实验,下列说法中错误的是(　)．

例2图

A．反应后容器中甲物质的质量为32g

B．参加反应的丙与生成的甲的质量之比为1∶4

C．参加反应的丙、丁的质量之比为2∶5

D．乙可能是该反应的催化剂

(湖北省武汉市调考题)

解题思路　许多化学问题可以用数学的方法来呈现,用坐标图来表现化学反应中各物质质量间的关系就很直观、清晰．首先从图上线段的走向趋势可以判断反应物和生成物,再根据反应时的各物质起始质量和终止质量找到各物质反应时的质量比．

思维分析步骤:

1．建立方程式　丙　＋　丁　甲　乙可能是催化剂

2．起始质量　1　6　24　4

3．终止质量　8　4　32

4．消耗、生成　8　20　28

质量(做减法)

注意:参加反应的丙的质量是8g,而生成甲的质量为28g,而不是32g．

例3　(双选)有配平后的化学方程式:,式中化学计量数之间关系正确的是(　)．

A．2z＝x　B．3x＝w　C．2x＝z　D．y＝2z＋w

解题思路　有机化合物反应的化学方程式配平时,先令有机物的化学计量数为1,即C2H6的化学计量数为1,则有:

分子的数目不可有分数,去分母,反应物、生成物的化学计量数同时扩大2倍,则有化学方程式为:,化学计量数之间的关系一目了然．

例4　某化学兴趣小组的同学利用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取1．92g氧气．

(1)实验中至少需要多少质量的氯酸钾?写出必要的计算过程．

(2)该实验中二氧化锰的质量分数与反应时间存在一定的关系．下列选项中正确的是_________．

例4图

(湖北省武汉市调考题)

解题思路　根据化学方程式找到相关物质的质量比,列比例式进行计算,关键是解题过程的规范化．

实验中二氧化锰的质量分数与反应时间存在的关系是指反应开始至反应结束后的一段时间内,由于有O2生成且逸散到空气中,所以固体总质量减少,MnO2的质量分数增加,至反应结束后其质量分数不再发生改变．

例5　在煤中加入适量的生石灰制成供居民采暖用的“环保煤”,以减少二氧化硫的排放,减弱二氧化硫对空气的污染．燃烧时生石灰吸收二氧化硫的化学方程式为:

请回答下列问题:

(1)m值是_________;

(2)若煤厂一次共加入含氧化钙80%的生石灰1400吨,则理论上最多可吸收二氧化硫多少吨?

(广东省竞赛题)

解题思路　CaO与SO2,O2共同作用生成CaSO4,在产物中钙元素与硫元素的粒子个数比为1∶1,m应等于CaO的化学计量数．计算时应注意加入的生石灰是不纯物,其中含CaO为80%．

将混合物换算为纯净物方能代入化学方程式中进行计算．

例6　现有2．1g相对分子质量为28的无色可燃气体在足量氧气中完全燃烧．若将产物通入足量澄清石灰水,得到的白色沉淀质量为15．0g;若用足量碱石灰(其组成为生石灰和氢氧化钠固体)吸收燃烧产物,增重9．3g．

(1)计算燃烧产物中水的质量．

(2)通过计算推断该无色可燃气体的化学式．

(江西省竞赛题)

解题思路　碱石灰(CaO,NaOH)既能吸收水,又能吸收CO2,故增重9．3g为CO2与H2O共同的质量,产物通入澄清石灰水,得到的白色沉淀为CaCO3,由此可求得CO2的质量,由H2O中氢元素的质量及CO2中碳元素的质量推知该可燃性气体中仅含碳、氢两种元素,计算得该气体的化学式．

1．如图是某些物质间发生化学反应的微观示意图,和分别表示两种元素的原子．下列化学方程式符合图示反应关系的是(　)．

第1题图

(2019年山东省青岛市中考题)

2．下列制备氧气的反应中,用等质量的反应物能获得氧气最多的是(　)．

3．过氧化钠(Na2O2)因能与二氧化碳反应生成氧气,故可作为呼吸面具中氧气的来源．潜水艇遇紧急情况时,也使用过氧化钠来供氧,有关反应的化学方程式为,从该反应获取的以下信息中,正确的是(　)．

①该反应属于置换反应　②反应前后氧元素的化合价发生变化　③实验室可利用这一原理制取纯净的氧气

A．①　B．②　C．①②　D．①②③

4．在化学反应2A＋B2＝2AB中,A与B2反应的质量关系如图所示,现将6gA和8gB2充分反应,则生成AB的质量是(　)．

A．9g　B．11g

C．12g　D．14g

第4题图

(湖南省竞赛题)

5．工业上可以用电解饱和食盐水的方法来制取氯气、氢气及另外一种重要的化工原料,反应方程式为(方程式已配平),则X的化学式为(　)．

A．HCl　B．NaOH　C．NaClO　D．Na2O

(青海省中考题)

6．葡萄糖(C6H12O6)、乙酸(CH3COOH)和尿素[CO(NH2)2]组成的混合物240g,在一定条件下完全燃烧,生成水的质量是(　)．

A．48g　B．72g　C．144g　D．无法计算

(湖南省竞赛题)

7．宏观、微观、符号相结合是化学学科特有的思维方式．工业上常将煤洗选加工后用于制备水煤气,其主要反应的微观示意图如下:

第7题图

下列说法不正确的是(　)．

A．物质C是由碳、氧两种元素组成的

B．该反应前后原子的种类没有发生变化

C．该反应前后各元素化合价都没有变化

D．该反应的化学方程式为

(2019年甘肃省中考题)

8．密闭容器内有A,B,C,D四种物质,在一定条件下充分反应,测得反应前后各物质的质量如下表．下列说法正确的是(　)．

A．物质C一定是化合物,物质D不可能是单质

B．反应后密闭容器中A的质量为19．7g

C．反应过程中,物质B与物质D变化的质量比为87∶36

D．若A与C的相对分子质量之比为197∶158,则反应中A与C的化学计量数之比为1∶2

(山西省竞赛题)(www.xing528.com)

A与B恰好反应时的质量比为m∶m即为1∶1,B过量,以A为计算基准．

CuCl2,Cu(NO3)2都是可溶性的化合物,在溶液中都存在Cu2＋,可与OH－反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀．

注意:

D选项中的反应条件为“高温”,此时反应物H2O为气态,故生成物CO和H2不能标“↑”符号,此为易错点．

9．某元素的原子结构示意图为．

(1)该元素原子的核内质子数为___________;在化学反应中,该原子容易___________(填“得到”或“失去”)电子．

(2)由该元素组成的一种气体单质能供给呼吸．写出实验室制取该气体的一个化学方程式:__________________________________．

(湖北省武汉市中考题)

10．下列化学方程式中有错误的是_________(填序号),并简要指出错误的原因:______________________________________________________________．

11．研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关(如图所示)．

第11题图

回答下列问题:

(1)SO3和H2SO4中硫元素化合价均为________．

(2)反应④为化合反应,该反应的化学方程式为_____________________．

(3)根据图示判断,下列说法正确的是_________．

A．雾霾的形成只与燃料燃烧直接产生的颗粒物有关

B．使用清洁燃料,减少SO2和NO2的排放,有利于减少雾霾的产生

(2019年吉林省长春市中考题)

12．某学生为了测定由两种元素形成的气态化合物X的组成,按下图装置进行实验:把气体X由注射器A缓慢地送入装有CuO的B装置,使之完全反应,得到如下结果:

第12题图

①实验前B管及CuO的质量为21．32g,实验后B管及残留固体物质的质量为21．16g．

②C试管中收集到的物质经过电解可得H2和O2．在D注射器中收集到的是N2．

③经分析知道,X中两元素的质量比为14∶3．

回答下列问题:

(1)C管中收集的液体的化学式是_________,该物质电解的化学方程式为______________________;

(2)B管中的现象为______________________________________________;

(3)B管反应前后减小的质量为_________g,这部分的质量是CuO失去的_________(写名称,下同)元素的质量;可推知跟该元素结合的另一元素_________的质量为________g;

(4)写出化合物X与CuO反应的化学方程式_______________________．

(江苏省竞赛题)

13．甲、乙、丙、丁均为初中化学常见的物质．已知甲和乙的元素组成相同,且常温下为液体;丁被认为是理想的清洁、高能燃料．在一定的条件下,它们能实现如下转化:①甲➝乙＋丙;②乙➝丙＋丁;③丙＋丁➝乙．

请回答下列问题:

(1)甲的化学式为_______________;

(2)转化②的化学反应方程式为_______________;

(3)人类的生命活动离不开丙,是因为_____________;

(4)甲和乙的元素组成相同,但是化学性质不同,是因为_____________．

(湖北省武汉市调考题)

14．配平下列化学方程式并填空:

(3)上述反应中的(1)属于基本反应类型中的_________反应．

15．在化学反应中,物质所含元素的化合价发生变化的反应就是氧化还原反应．例如:,反应前后Na,Cl的化合价发生了变化,该反应是氧化还原反应．

(1)根据化合价是否发生变化分析,下列反应属于氧化还原反应的是________(填序号)．

E．

F．HCl＋NaOH＝NaCl＋H2O

(2)含有高价态元素的化合物,通常具有氧化性,如在氯化铁溶液中,氯化铁能将单质铜氧化成氯化铜,自身被还原成氯化亚铁．试回答下列问题:

①该反应的化学方程式可表示为______________________________．

②向上述反应后的溶液中加入一定量的锌粉,充分反应后过滤,由于加入锌粉的量不同,过滤后,固体和相应滤液的组成也不同．试推断有哪几种可能性,并将结果列入下表:

(湖北省竞赛题)

16．实验室有一瓶含杂质的氯酸钾．某兴趣小组利用该药品和二氧化锰制取氧气(杂质不参加反应)．实验数据记录如下:

请回答下列问题:

(1)a＝_________．

(2)计算受热分解的氯酸钾的质量(精确到0．1g)．

(2019年湖北省武汉市中考题)

17．航天技术中的火箭推进剂可用醇类作为燃料,液态氧作为氧化剂,但后者的沸点较低(－183℃),需要额外的隔热装置,因而增加了火箭的重量．为了避免此缺点,可用过氧化氢(H2O2)代替液态氧,它具有相对高的沸点和较低的凝固点,而且没有毒性,和醇反应时也能放出很高的能量．现有一液体推进剂以醇(含碳52%、含氢13%、含氧35%)为燃料,以质量分数为90%的过氧化氢作氧化剂,欲使1kg该醇燃料完全燃烧,计算需消耗质量分数为90%的过氧化氢的质量(提示:可按2H2O2＝2H2O＋O2↑得到的氧气与醇反应来计算)．

(江苏省竞赛题)

例1　AC

例2　B

例3　BC

例4　(1)解:　设实验中至少需要氯酸钾的质量为x．

(2)C

例5　(1)2　(2)1280t　

例6　解:(1)设可燃气体在氧气中完全燃烧后生成的CO2的质量为x,依题意:

碱石灰的增重为H2O和CO2的质量:m(CO2＋H2O)＝9．3g,m(H2O)＝9．3g－6．6g＝2．7g

(2)2．1g可燃气体中m(C)＝1．8g,m(H)＝0．3g,

则可知该可燃性气体由碳、氢两种元素组成,且m(C)∶m(H)＝6∶1；

设其化学式为CxHy,12x/y＝6∶1,x/y＝1∶2．

则C,H的原子个数之比为1∶2；已知相对分子质量为28,其化学式为C2H4．

1．A　2．B　3．B　4．C　5．B　6．C　7．C　8．D

10．②③⑤⑥　②反应物中的气体不应标注箭头,且反应条件应该为“点燃”；③生成物中有气体生成没有标注气体箭头；⑤氧气也应该标注气体箭头；⑥反应物中有气体参加反应,则生成物中的气体不应再标注气体箭头

11．(1)＋6　(2)(3)B

12．(1)H2O(2)黑色粉末变成红色　(3)0．16　氧　氢　0．02(4)

13．(1)H2O2　(2)(3)氧气能供给呼吸　(4)分子构成不同

14．(1)2　2　4　1　(2)1　6　2　3　(3)分解

15．(1)ACE

(2)①Cu＋2FeCl3＝2FeCl2＋CuCl2

②

16．(1)4．5

(2)解:设受热分解的氯酸钾的质量为x．

答:受热分解的氯酸钾的质量为12．3g．

17．解:设1kg该醇燃料的碳和氢完全燃烧,分别消耗氧气的质量为x和y．

则1kg该醇燃料完全燃烧消耗氧气的质量为:1387g＋1040g－1000g×35%＝2077g

设需H2O2的质量为w

需质量分数为90%的H2O2的质量为:4414g/90%＝4904g．