重要概念的含義與應用

　　化學計算是借助于用數學計算的知識，從量的方面來對化學的概念或原理加深理解或通過計算進一步掌握物質的性質及其變化規律。另外，通過計算還能培養分析、推理、歸納等邏輯思維能力和解決實際問題的能力。

　　初中化學計算的主要內容如下：

　　(一)有關化學式的計算

　　用元素符合來表示物質組成的式子叫做化學式。本知識塊的計算關鍵是抓住這一概念，理解概念的含義，并要深刻理解化學式中各符號及數字的意義，處理好部分與整體之間的算術關系。

　　1.計算相對分子質量。

　　相對分子質量是指化學式中各原子的相對原子質量的總和。通過化學式可以計算出該物質的相對分子質量，也可以通過相對分子質量，求某物質的化學式。在計算的過程中應注意化學式前面的數字(系數)與相對分子質量及元素符號右下角的數字與相對原子質量之間的關系是“相乘”不是“相加”；若計算結晶水合物的相對分子質量時，化學式中間的“·”與結晶水的相對分子質量之間是“相加”不是“相乘”。

　　例計算5CuSO4·5H2O的相對分子質量總和。

　　5CuSO4·5H2O=5×[64+32+16×4+5×(1×2+16)]=5×[160+5×18]=1250

　　2.計算化合物中各元素的質量比

　　宏觀上物質是由元素組成的，任何純凈的化合物都有固定的組成，這樣可以計算化合物中所含元素的質量比。計算的依據是所含元素的質量比，等于微觀上每個分子(即化學式)中各種原子的個數與其原子量的乘積之比。

　　例計算氧化鐵中鐵元素和氧元素的質量比。

　　氧化物的化學式：Fe2O3，則

　　Fe∶O=56×2∶16×3=112∶48=7∶3

　　3.計算化合物中某元素的質量分數

　　宏觀上化合物中某元素的質量分數等于微觀上化合物的每個分子中，該元素的原子的相對原子質量總和與化合物的相對分子質量之比，即：

　　化合物中某元素質量比=×100%

　　例計算硝酸銨(NH4NO3)中，含氮元素的質量分數。

　　w(N)=×100%=35%

　　(二)有關化學方程式的計算

　　化學方程式是用化學式表示化學反應的式子，這樣，化學方程式不僅表達了物質在質的方面的變化關系，即什么是反應物質和什么是生成物質，而且還表達物質在量的方面的變化關系，即反應物質和生成物質的質量關系，同時包括反應物質和生成物質的微粒個數關系，這是有關化學方程式計算的理論依據。

　　1.有關反應物和生成物的計算

　　這是化學方程式計算中最基礎的題型，要深刻理解化學方程式的含義，理解反應物質和生成物質在微觀上和質量上的關系。例如將一氧化碳在空氣中點燃后生成二氧化碳的化學反應中，它們的關系：

　　2CO+O22CO2

　　微粒比：2∶1∶2

　　質量比：2×28∶32∶88(7∶4∶11)

　　*體積比：2∶1∶2

　　(同溫、同壓)

　　質量守恒：56+32=88

　　可以看出，化學方程式能表達出多種量的關系，這些關系都是解答有關化學方程中的已知和未知的隱含的已知條件，這些條件都可以應用于計算時的“橋梁”，是整個計算題的基礎和依據。

　　2.不純物的計算

　　化學方程式中所表示的反應物和生成物都是指純凈物，不純物質不能代入方程式進行計算。遇到不純物質時，需要將不純物質換算成純凈物質的量，才能代入方程式，按質量比進行計算。計算關系為：

　　純凈物的質量=不純物的質量×純凈物的質量分數

　　例用含Fe2O375%的赤鐵礦石20噸，可煉出含雜質4%的生鐵多少噸？

　　解：20噸赤鐵礦石中含純Fe2O3的質量為：20噸×75%=15噸

　　設可煉出含雜質4%的生鐵質量為x

　　Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

　　160112

　　15噸(1-4%)x

　　x==12.5噸

　　3.選量(過量)計算

　　化學方程式計算的理論依據就是質量守恒定律。在質量守恒定律中，“參加反應的各物質的質量總和，等于反應生成的各物質的質量總和”。要著重理解“參加”兩個字的含義，即沒有“參加”反應的物質，就不應計算在內。在有些計算題中，給出了兩種反應物的質量，求生成物，這時就必須考慮，給出的兩種物質的質量是否都恰好參加了反應。這時思考的范圍就應大一些。

　　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

　　根據化學方程式，求出氫氣在氧氣里燃燒時氫氣與氧氣的質量比，然后進行比較。

　　2H2+O22H2O

　　4∶32∶36

　　1∶8∶9

　　氫氣在氧氣中燃燒時，氫氣與氧氣的質量比為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)選項都有可能。若按(B)選項會剩余2克，氧氣沒有參加反應；若按(C)選項會剩余2克氫氣。故本題答案為(B)和(C)。這樣會得出一個結論：若遇兩個已知量，是按少的量(即不足的量)來進行計算。

　　4.多步反應的計算

　　從一個化學反應中求出的質量，用此量再進行另一個化學反應或幾個化學反應的連續計算，求最后一個化學反應的量，一般稱之為多步反應的計算。

　　例計算用多少克的鋅跟足量稀硫酸反應生成的氫氣，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生成水。

　　本題涉及三個化學反應：

　　Zn+H2SO4(稀)＝ZnSO4+H2↑

　　2KClO32KCl+3O2↑

　　2H2+O22H2O

　　可以用三個化學方程式中的微粒關系，找出它們的已知量與未知量的關系式：

　　2KClO3～3O2～6H2～6Zn即KClO3～3Zn

　　設需用鋅的質量為x，根據上述關系式，

　　KClO3～3Zn

　　122.53×65

　　12.25克x

　　x==19.5克

　　從以上的有關化學方程式的計算可以看出，在計算的過程中，主要應用的關系式是質量比，在一個題目中，最好用統一的單位，若試題中給出了兩個量的單位不一樣，可以換算成比較方便有利于計算的一個單位，這樣可避免發生錯誤。關于化學方程式計算的解題要領可以歸納為：

　　化學方程式要配平，需將純量代方程；

　　量的單位可直接用，上下單位應相同；

　　遇到有兩個已知量，應找不足來進行；

　　遇到多步的反應時，關系式法有捷徑。

　　(二)有關溶液的計算

　　溶液是一種或幾種物質分散到另一種物質里形成均一、穩定的混合物，在有關溶液的計算中，要準確分析溶質、溶劑、溶液的質量，它們的最基本的質量關系是：

　　溶質質量+溶劑質量=溶液質量

　　應注意此關系中，溶質質量不包括在溶液中未溶解的溶質的質量。

　　1.溶解度的計算

　　固體物質溶解度的概念是：在一定溫度下，某固態物質在100克溶劑里達到飽和狀態時所溶解的質量，叫做這種物質在這種溶劑里的溶解度。

　　根據溶解度的概念和溶液中溶質、溶劑和溶液的量的關系，可進行如下的有關計算。

　　(1)根據在一定溫度下，某物質飽和溶液里的溶質和溶劑的量，求這種物質的溶解度。

　　(2)根據某物質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和溶劑的質量。

　　(3)根據某物質在某溫度下的溶解度，求如果溶劑質量減少(蒸發溶劑)時，能從飽和溶液里析出晶體的質量。

　　(4)根據某物質在某溫度下的溶解度，求如果溫度變化(降溫或升溫)時，能從飽和溶液里析出或需加入晶體的質量。

　　2.溶液中溶質質量分數的計算

　　溶質的質量分數是溶質質量與溶液質量之比。初中化學中常用百分數來表示。溶液中溶質質量分數的計算式如下：

　　溶質的質量分數=×100%

　　溶質質量分數的計算題可以有：

　　(1)已知溶質和溶劑的質量，求溶液的質量分數。

　　(2)已知溶液的質量和它的質量分數，求溶液里所含溶質和溶劑的質量。

　　(3)將一已知濃度的溶液加入一定量的水進行稀釋，或加入固體溶質，求稀釋后或加入固體后的溶液的質量分數。

　　3.溶液度與溶液質量分數之間的換算

　　在一定溫度下，飽和溶液里溶質質量、溶劑質量、溶液質量之比，是一個固定的值，也就是說飽和溶液里溶質質量分數是恒定的。在計算中首先要明確溶液度與溶液質量分數兩個概念的本質區別。其次是要注意條件，必須是在一定溫度下的飽和溶液，才能進行換算。

　　溶解度與溶液中溶質質量分數的比較如下：

　　溶解度質量分數

　　量的關系表示溶質質量與溶劑質量之間的關系表示溶質質量與溶液質量之間的關系

　　條件①與溫度有關(氣體還跟壓強有關)②一定是飽和溶液①與溫度、壓強無關②不一定是飽和溶液，但溶解溶質的質量不能超過溶解度

　　表示方法用克表示，即單位是克用%表示，即是個比值，沒有單位

　　運算公式溶解度=×100%=×100%

　　換算公式飽和溶液中溶質質量分數=×100%
 

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