计算化学方法（精选十篇）
计算化学方法 篇1
守恒法是一种中学化学典型的解题方法, 它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变列式求解, 可以免去一些复杂的数学计算, 简化解题过程, 提高解题速度和正确率。通常用到的守恒有:质量守恒、电子守恒、电荷守恒。
例1:已知向F e C l3溶液中通入H2S气体可以发生:2FeCl3+H2S===2FeCl2+S↓+2HCl, 在标准状况下, 向100mL FeCl3溶液中通入aLH2S气体恰好反应后, 再加入足量的Fe粉充分反应, 所得溶液经测定得金属阳离子的浓度为3mol/L。若反应过程中溶液的体积不变, 则原FeCl3溶液的物质的量浓度为 ( )
A、2 mol/L B、1.5 mol/L C、1 mol/L D、无法确定
解析:根据题目的已知条件可知, 在整个反应过程中, Cl原子守恒, 即:FeCl3中的Cl原子全部转移到FeCl2中, 而反应前后忽略溶液体积的变化, c (Fe2+) =3mol/L, 则c (Cl-) =6mol/L, c (FeCl3) =2mol/L, 故选A。
例2:铜镁合金4.6g完全溶于浓HNO3, 若反应中硝酸被还原只产生4480mLNO和336mL的N2O4气体 (均为标准状况下) , 在反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液, 生成沉淀的质量为 ( )
A、7.04g B、8.26g C、8.51g D、9.02g
解析:据题意, 可设合金为M, 则:。在整个反应过程中, 铜镁合金失去电子的总数和硝酸得到电子的总数相等, 即Cu (OH) 2和Mg (OH) 2的质量和, 故选C。
二、差量法
差量法是根据在化学反应中反应物与生成物的差量和造成这种差量的实质及二者关系, 列出比例式求解的解题方法。解题的关键是做到明察秋毫, 抓住造成差量的实质, 即根据题意确定“理论差值”, 再根据题目提供的“实际差量”, 列出正确的比例式, 求出答案。
例3:0.80gCuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线 (样品质量随温度变化的曲线) 如图1所示。试确定200℃时固体物质的化学式为 ( )
解析:本题是由2011年高考新课标理综化学部分26题第1小问演变而来, 题目只给出硫酸铜晶体受热脱水的样品质量随温度变化的曲线, 要求200℃时固体物质的化学式, 可以利用质量差进行计算。
计算得出:x=1, 故选D
三、极值法
极值法就是对数据不足无从下手的求算或判断混合物组成的题, 极端假设恰好为某一成分或恰好完全反应物质的量比 (或体积比) 的解题方法, 以确定混合体系各成分的名称、质量分数、体积分数, 达到解题快、效率高的目的。
例4:某混合物含有KCl、NaCl和Na2CO3, 经分析含钠31.5%, 含氯27.08% (以上均为质量分数) , 则混合物中Na2CO3的质量分数为 ( )
(A) 25% (B) 50% (C) 80% (D) 无法确定
解析:若混合物质量为1 0 0 g, 则可求出n (C l-) =0.763mol, ①假设这0.763mol的Cl-全部来自于KCl (即混合物为KCl和Na2CO3) 则m (KCl) =56.84g, ②假设这0.763mol的C l-全部来自于N a C l (即混合物为N a C l和N a2C O3) 则m (NaCl) =44.63g, 因Cl-来自于NaCl、KCl两种物质, 由平均值原理知, 故选B
四、平均摩尔电子质量法
摩尔电子质量 (用Me-表示) , 是指在氧化还原反应中每转移1mol电子时对应的某种反应物 (或产物) 的质量, 单位为g/mole-。数学表达式为:摩尔电子质量Me-=物质的质量 (g) /转移电子物质的量 (mole-) 。平均摩尔电子质量法是基于几种金属或几种化合物混合时, 在摩尔电子质量的基础上建立起来的一种解题方法。
例5:由Zn、Fe、Al、Cu四种金属中的两种组成的混合物10g, 与足量的盐酸反应产生的H2在标准状况下为11.2L。则混合物中一定含有的金属是 ( )
解析:题中混合金属的, 而Zn、Fe、Al、Cu的Me-分别为:32.5 g/mole-、28 g/mole-、9 g/mole-、∞g/mole-。故选C
五、十字交叉法
十字交叉法适用于两组分混合物 (或多组分混合物, 但其中若干种有确定的物质的量比, 因而可以看做两组分的混合物) , 求算混合物中关于组分的某个化学量 (微粒数、质量、气体体积等) 的比值或百分含量。
例6:实验测得乙烯与氧气的混合气体的密度是氢气的14.5倍。求混合气体中乙烯的质量分数 ( )
解析:要求混合气体中乙烯的质量分数可通过十字交叉法求出乙烯与氧气的物质的量之比 (当然也可求出量组分的质量比, 但较繁, 不可取) , 再进一步求出质量分数。
则混合气体中乙烯的质量分数为:
摘要：计算型选择题, 它旨在考察学生的思维能力、计算能力、综合应用能力和解题技巧, 解决此类选择题时常常要用到一些技巧, 本文中列举了几个技巧。
初中化学计算方法总结 篇2
差量法 根据物质发生化学反应的方程式，找出反应物与生成物中某化学量从始态到终态的差量(标准差)和实际发生化学反应差值(实际差)进行计算。主要有：(1)质量差;(2)气体体积差;(3)物质的量差;(4)溶解度差……实际计算中灵活选用不同的差量来建立计算式，会使计算过程简约化。
平均值法 这是处理混合物中常用的一种方法。当两种或两种以上的物质混合时，不论以何种比例混合，总存在某些方面的一个平均值，其平均值必定介于相关的最大值和最小值之间。只要抓住这个特征，就可使计算过程简洁化。主要有：(1)平均相对分子质量法;(2)平均体积法;(3)平均质量分数法;(4)平均分子组成法;(5)平均摩尔电子质量法;(6)平均密度法;(7)平均浓度法……
关系式法 对于多步反应体系，可找出起始物质和最终求解物质之间的定量关系，直接列出比例式进行计算，可避开繁琐的中间计算过程。具体有：(1)多步反应关系法：对没有副反应的多步连续反应，可利用开始与最后某一元素来变建立关系式解题。(2)循环反应关系法：可将几个循环反应加和，消去其中某些中间产物，建立一个总的化学方程式，据此总的化学方程式列关系式解题。
十字交叉法 实际上是一种数学方法的演变，即为a1x1+a2x2=a平×(x1+x2)的变式，也可以转化为线段法进行分析。(1)浓度十字交叉法;(2)相对分子质量十字交叉法等。
极值法 当两种或多种物质混合无法确定其成分及其含量时，可对数据推向极端进行计算或分析，假设混合物质量全部为其中的某一成分，虽然极端往往不可能存在，但能使问题单一化，起到了出奇制胜的效果。常用于混合物与其他物质反应，化学平衡混合体系等计算。
讨论法 当化学计算中，不确定因素较多或不同情况下会出现多种答案时，就要结合不同的情况进行讨论。将不确定条件转化为已知条件，提出各种可能答案的前提，运用数学方法，在化学知识的范围内进行计算、讨论、推断，最后得出结果。主要有以下几种情况：(1)根据可能的不同结果进行讨论;(2)根据反应物相对量不同进行讨论;(3)运用不定方程或函数关系进行讨论。
突破化学计算的五大思维方法 篇3
一、“差量法”在化学方程式计算中的妙用
1.“差量法”思维要求
（1）所谓“差量”就是指反应过程中反应物的某种物理量之和（始态量）与同一状态下生成物的相同物理量之和（终态量）的差，这种物理量可以是质量、物质的量、气体体积、气体压强、反应过程中的热效应等。
（2）计算依据：化学反应中反应物或生成物的量与差量成正比。
（3）解题关键：一是明确产生差量的原因，并能根据方程式求出理论上的差值（理论差量）。二是结合题中的条件求出或表示出实际的差值（实际差量）。
2.示例应用解析
例116 mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400℃左右可发生反应：6NO+4NH3催化剂高温5N2+6H2O（g），达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5 mL，则原混合气体中NO与NH3的物质的量之比有四种情况：①5∶3、②3∶2、③4∶3、④9∶7。下列正确的是（ ）。
A.①② B.①④C.②③D.③④
解析由于已知反应前后气体的总体积，故可用差量法直接求解。
6NO+4NH3催化剂高温5N2+6H2O（g）ΔV（气体的体积差）
6 mL4 mL5 mL 6 mL1 mL（理论差量）
9 mL6mL1.5 mL（参加反应）
由此知共消耗15 mL气体，还剩余1 mL气体，假设剩余的气体全部是NO，则V（NO）∶V（NH3）=（9 mL+1 mL）∶6 mL=5∶3，假设剩余的气体全部是NH3，则V（NO）∶V（NH3）=9 mL∶（6 mL+1 mL）=9∶7，但因反应是可逆反应，剩余气体实际上是NO、NH3的混合气体，故V（NO）∶V（NH3）介于5∶3与9∶7之间，对照所给的数据知3∶2与4∶3在此区间内。答案C
应用1一定质量的碳和8 g氧气在密闭容器中于高温下反应，恢复到原来的温度，测得容器内的压强变为原来的1.4倍，则参加反应的碳的质量为 （ ）。
A.2.4 g B.4.2 g C.6 g D.无法确定
解析 由化学方程式： C+O2高温CO2和2C+O2高温2CO可知，当产物全部是CO2时，气体的物质的量不变，温度和体积不变时气体的压强不变；当产物全部是CO时，气体的物质的量增大1倍，温度和体积不变时压强增大1倍，现在气体压强变为原来的1.4倍，故产物既有CO2，又有CO。n（O2）=8 g32 g·mol-1=0.25 mol，由阿伏加德罗定律可知，气体压强变为原来的1.4倍，气体的物质的量变为原来的1.4倍，即Δn（气体增量）=0.25 mol×（1.4-1）=0.1 mol。
2C+O2高温2COΔn（气体增量）
1 mol2 mol1 mol（气体理论增量）
0.1 mol（气体实际增量）
则生成CO消耗0.1 mol O2，消耗碳0.2mol。生成CO2消耗0.15 mol O2消耗碳0.15 mol。
C+O2高温CO2
故n（C）=0.2 mol+0.15 mol=0.35 mol，
m（C）=0.35 mol×12 g·mol-1=4.2 g
答案B
应用2为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现将w1 g样品加热，其质量变为w2 g，则该样品的纯度（质量分数）是（ ）。
A.84w2-53w131w1B.84（w2-w2）31w1
C.73w2-42w131w1D.115w2-84w131w1
（请根据上面的示例解析自主解决。答案A）
3.归纳总结
解题的基本步骤
（1）找出引起差量的物质，表示出理论差量及相应反应物、生成物对应的物理量，要注意不同物质的物理量及单位间的对应关系；
（2）表示出实际差量并写在相应位置，注意应将理论差值与实际差值写在方程式最右侧，且单位必须一致；
（3）根据比例关系建立方程式并求出结果。
二、解答连续反应类计算题的捷径——“关系式法”
1.“关系式法”思维要求
多步连续反应计算的特征是多个反应连续发生，起始物与目标物之间存在一定的定量关系。解题时应先写出有关反应的化学方程式，依据方程式找出连续反应的过程中不同反应步骤之间反应物、生成物物质的量的关系，最后确定已知物和目标产物之间的物质的量的关系，列出计算式求解，从而简化运算过程。
2.示例应用解析
例2某实验小组为测定某石灰石样品中CaCO3的质量分数，先称取w g石灰石样品，加入过量的浓度为6 mol·L-1的盐酸，使样品完全溶解，加热煮沸后，除去溶解的CO2。再向溶液中加入足量的草酸铵[（NH4）2C2O4]溶液后，慢慢加入氨水降低溶液的酸度，则析出草酸钙沉淀：C2O2-4+Ca2+CaC2O4↓。过滤出CaC2O4后，用稀H2SO4溶解：CaC2O4+H2SO4H2C2O4+CaSO4， 再用蒸馏水稀释溶液至V0 mL，取出V1 mL，用a mol·L-1的酸性KMnO4溶液进行滴定，此时发生反应：2MnO-4+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O。若达到滴定终点时消耗a mol·L-1的酸性KMnO4溶液V2mL，则样品中CaCO3的质量分数为（ ）。
A.25aV0V2wV1%B.25aV1V2wV0
C.25aV1V0wV2D.25aV2w%
解析本题涉及的化学方程式或离子方程式有CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
C2O2-4+Ca2+CaC2O4↓
CaC2O4+H2SO4H2C2O4+CaSO4
2MnO-4+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O
由此得出相应的关系式：
5CaCO3～5Ca2+～5CaC2O4～5H2C2O4～2MnO-4
5 mol2 mol
n（CaCO3）a mol·L-1×V2×10-3 L
解得：n（CaCO3）=2.5aV2×10-3mol
则样品中
w（CaCO3）=2.5aV2×10-3×V0V1mol×100 g·mol-1w g×100%=25aV0V2wV1%。答案：A
应用3取一根镁条置于坩埚内点燃，得到氧化镁和氮化镁混合物的总质量为0.470 g。冷却后加入足量水，将反应产物加热蒸干并灼烧，得到的氧化镁质量为0.486 g。
（1）氮化镁与水反应生成氢氧化镁和氨气的化学方程式为。
（2）燃烧所得混合物中氮化镁的质量分数为。
解析（1）由题意知化学方程式为
Mg3N2+6H2O3Mg（OH）2+2NH3↑
（2）根据镁原子守恒，可得关系式：
Mg3N2～3MgOΔm
100 g120 g20 g
m（Mg3N2）0.486 g-0.470 g=0.016 g
则m（Mg3N2）=0.016 g×10020=0.08 g， 则所得混合物中氮化镁的质量分数为：
0.08 g0.470 g×100%≈17%
答案（1）Mg3N2+6H2O3Mg（OH）2+2NH3↑（2）17%
应用45.85 g NaCl固体与足量浓H2SO4和MnO2共热，逸出的气体又与过量H2发生爆炸反应，将爆炸后的气体溶于一定量水后再与足量锌作用，计算可得H2体积（标准状况）。答案1.12L）
3.归纳总结
解题关键：应用有关化学方程式、离子方程式或某原子守恒规律找出物质变化过程中已知量与待求量之间的数量关系（即找准关系式）。当然有关化学方程式或离子方程式必须写正确，否则关系式中的数量关系就会出现错误。
三、有关混合物类计算的“简化高手”——平均值法
1.“平均值法”的思维方法
所谓“平均值法”就是一种将数学平均原理应用于化学计算中的一种解题方法。它所依据的数学原理是：两个数Mr1和Mr2（Mr1大于Mr2）的算术平均值Mr一定介于两者之间。所以，只要求出平均值Mr，就可以判断Mr1和Mr2的取值范围，或根据M1和M2确定M的取值范围，再结合题给条件即可迅速求出正确答案。常见的平均值有：平均相对原子质量、平均相对分子质量、平均浓度、平均含量、平均摩尔质量、分子（物质）平均组成等。
2.示例应用解析
例3可能混有下列两种杂质的硫酸铵样品13.2 g，与过量NaOH溶液在加热条件下反应，收集到标准状况下4.3 L气体，则样品中不可能混入的杂质是（ ）。
A.NH4HCO3NH4NO3
B.（NH4）2CO3NH4Cl
C.NH4ClNH4HCO3
D.NH4ClNH4NO3
解析13.2 g纯净的（NH4）2SO4与过量NaOH溶液在加热条件下反应时最多能生成标准状况下4.48 L气体，实际生成气体的体积为4.3 L<4.48 L，故杂质中能转化为NH3的氮元素含量低于（NH4）2SO4中的氮元素含量。（NH4）2SO4中的氮元素含量为14/66，NH4HCO3中的氮元素含量为14/79，NH4NO3中能转化为NH3的氮元素含量为14/80（注意NO-3中的氮元素不能转化为NH3），（NH4）2CO3中的氮元素含量为14/48，NH4Cl中的氮元素含量为14/53.5。B项中两种物质中的氮元素含量均比硫酸铵中的高，C、D两项中两种物质的氮元素含量一种比硫酸铵中的高，一种比硫酸铵中的低，A项中两种物质的氮元素含量均比硫酸铵的低，依平均值原理知，样品中不可能混入的杂质是（NH4）2CO3、NH4Cl。 答案B
应用5现有80 mL 0.2 mol·L-1的KOH溶液，将其和40 mL 0.5 mol·L-1的KOH溶液混合，（混合后溶液的体积不等于两溶液的体积之和），则所得混合溶液的物质的量浓度可能为（ ）。
A.0.3 mol·L-1B.0.35 mol·L-1
C.0.7 mol·L-1D.0.4 mol·L-1
解析两种KOH溶液的平均物质的量浓度为0.2+0.52=0.35 mol·L-1，而题中的低浓度的KOH所占体积大，故混合溶液的浓度会偏向0.2 mol·L-1，而小于0.35 mol·L-1。
答案 A
应用6把含有某一种氯化物杂质的MgCl2粉末95 g溶于水后，与足量AgNO3溶液反应，测得生成的AgCl 300 g，则该MgCl2中的杂质可能是（ ）。
A.NaClB.AlCl3C.KClD.CaCl2
答案B
3.归纳总结
平均值规律的两大应用
（1）介于关系：即平均值介于组分值之间（或介于最大值与最小值之间且可能与中间某一组分的值相等），即n（A）>n>n（B）[设n（B） （2）趋向关系：平均值越接近某组分值，此组分在混合物中的含量越大。 四、终态分析法 1.“终态分析法”的思维方法 终态分析法是利用逆向思维方式，以与待求量相关的物质（离子、分子或原子）在终态的存在形式为解题的切入点，找出已知量与待求量之间的关系，不考虑中间变化过程的一种快捷有效的解题方法。 在一些多步反应或多种混合物的计算中，由于涉及到的反应繁多、数据不一或变化过程复杂，解题时如果逐一去分析这些反应或过程，按步就班的进行计算，往往会纠缠不清，导致思维混乱，不但费时费力，而且极易出错，甚至无法解答。但如果我们淡化中间过程，关注最终组成，利用守恒关系进行整体分析，就会简化思维。 2.示例应用解析 例4向一定量Fe、Fe2O3的混合物中加入250 mL 2 mol·L-1的HNO3溶液，反应完成后生成1.12 L NO（标准状况），再向反应后溶液中加入1 mol·L-1 NaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加入NaOH溶液的体积最少是（ ）。 A.450 mL B.500 mL C.400 mL D.不能确定 分析此题涉及多个反应，若全部写出化学方程式来计算显得十分繁琐，要使铁元素完全沉淀，但不能确定铁元素最终以Fe（OH）2或Fe（OH）3哪种形式存在，HNO3是否过量也不能确定，因而顺向求解比较困难。若忽略中间反应过程，运用终态分析法寻求守恒关系，即可迅速求解。 解析要使铁元素恰好完全沉淀，最后溶液必为NaNO3溶液，由原子守恒有n（NaOH）=n（NO-3）=n（HNO3）-n（NO），即0.25 L×2 mol·L-1-1.12 L22.4 L·mol-1=V（NaOH）×1 mol·L-1，所以V（NaOH）=0.45L=450 mL。 答案 A 应用7把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧得到红棕色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为（ ）。 A.70% B.52.4% C.47.6%D.30% 解析把铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，生成了Al3+和Fe2+，再加入过量NaOH溶液，Al3+转化为AlO-2留在溶液中；Fe2+生成Fe（OH）2沉淀。过滤后对沉淀进行灼烧得到红棕色粉末为被氧化和分解生成的Fe2O3。在此过程中涉及反应多且无具体数据，按常规方法计算容易出错。根据始态合金与终态Fe2O3的质量相等，而铁原子在整个反应过程中守恒，所以合金中铝的质量等于Fe2O3中氧的质量，则w（Fe）=112160×100%=70%，选A。 应用8有一在空气中暴露过的KOH固体，经分析知其含水2.8%，含K2CO3 37.3%，其余为KOH。现取1 g样品加入到25 mL 2 mol·L-1的盐酸中，多余盐酸用1.0 mol·L-1 KOH溶液33.9 mL恰好完全中和，蒸发中和后溶液可得到固体（ ）。 A.1 gB.3.725 gC.0.797 gD.2.836 g （请同学们学习后自主解题。 答案B） 3.归纳总结 “终态分析法”是一种整体思维方法，可以概括为“抓住反应本质，巧妙跨越中态，借助守恒关系，利用终态列式”。因只考虑始态和终态，从而可大大简化解题过程，提高解题效率。 五、极限思维的妙用——“极值法” 1.“极值法”的思维方法 “极值法”是采用极限思维方式解决一些模糊问题的解题技巧。它是将题目假设为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物和生成物的值，进行分析判断，从而求得正确结论。 “极值法”可以将某些复杂的难以分析清楚的化学问题假设为极值问题，使解题过程简洁，解题思路清晰，把问题化繁为简，由难变易，从而提高解题速率。 2.示例应用解析 例5密闭容器中进行反应：X2（g）+3Y2（g）2Z（g），X2、Y2和Z的起始浓度分别为0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1和0.4 mo l·L-1，当平衡时，下列数据肯定不对的是（ ）。 A.X2为0.4 mol·L-1，Y2为1.2 mol·L-1 B.Y2为1.0 mol·L-1 C.X2为0.3 mol·L-1，Z为0.2 mol·L-1 D.Z为0.7 mol·L-1 解析依题意知： X2（g）+3Y2（g）2Z（g） 起始（mol·L-1）0.20.60.4 假设此可逆反应正向进行到底，则X2为0，Y2为0，Z为0.8 mol·L-1；假设此可逆反应逆向进行到底，则X2为0.4 mol·L-1，Y2为1.2 mo l·L-1。Z为0。A项中，相当于反应逆向进行到底，对于可逆反应是不可能的，故A项不对。B项中，0.6 mol·L-1 应用8向100 mL 1 mol·L-1的NaOH溶液中通入一定量的SO2后，将所得的溶液蒸干得到5.8 g固体物质，则该固体的成分是（ ）。 A.Na2SO3 B.NaHSO3 目前炼油厂的常规氢耗计算方法是Nelson估算法[2,3]。Castañeda等[4]分别以石脑油、柴油、AR、HGO和VR为原料对此方法进行了验证,发现HGO、AR和VR计算值和真实实验值的差异在10%左右,而石脑油和柴油的二者之差甚至高达30%。 鉴于Nelson氢耗估算法的计算过程简单、误差较大,近年有研究者采用分类计算法对加氢氢耗进行计算。Lee等[5]以62%的直馏汽油、10%的焦化LGO和28%的FCC轻柴油为原料加氢制备低硫柴油,将加氢反应分为脱硫、脱氮、脱金属和脱芳烃四类进行氢耗计算。在此基础上,Stratiev等[6]以汽油和柴油为原料对计算方法进行了修正,使其可用于炼厂轻油加氢精制的氢耗计算。此方法对轻质石油馏分的氢耗计算误差较小,但由于没有考虑裂化氢耗,所以对AR、VR和润滑油(lube oil)的氢耗计算误差较大[4]。 本文在煤焦油加氢小试实验装置上就煤焦油加氢工艺参数的变化对氢耗的影响进行了分析,并在此基础之上结合煤焦油加氢动力学对氢耗计算进行了研究。 1 试验设备与材料 本研究采用一套加氢精制与加氢裂化串联的双管式固定床加氢装置,基本工艺流程见图1。该装置加氢精制段长2 000 mm,加氢裂化段长1 500 mm,内径30 mm,催化剂装填体积为200 m L,两段反应器依次各由3个热电偶控制。 实验中,使用气相色谱仪、气相—质谱联用仪、运动粘度仪、元素分析仪、微机盐含量测定仪、硫氮元素分析仪、溴价溴指数测定仪和石油产品蒸馏测定器等,结合99.99%的氢气和氮气、柴油、二硫化碳、石油醚、无水乙醇、三氧化二铝等原料和试剂,对芳碳、硫、氮、金属和酸值进行测定。 本实验采用的原料为陕北某厂中低温热解煤焦油,为满足加氢催化剂对原料油的要求,煤焦油在进行加氢前已完成了电脱盐脱水处理,处理后的煤焦油性质见表1。 2 煤焦油加氢氢耗分析 在氢耗的计算过程中,人们通常将氢耗分为物理氢耗和化学氢耗两部分,其中物理氢耗包括漏损氢耗、溶解氢耗和放空氢耗,化学氢耗分为脱硫、脱氮、脱氧、脱烯烃、脱芳烃及裂化氢耗,漏损氢耗和放空氢耗通常可通过估算得到,其他氢耗利用加氢过程物料平衡关系计算得到。煤焦油加氢过程中,物料中的氢存在着如图2所示的变化关系。 根据质量平衡原理,由图2可以得出煤焦油加氢过程中的氢平衡关系式: 式(1)中,H20为进入反应器的氢气量,HF0为原料油中含氢量,H漏为漏损氢耗,H2-G为加氢气体产品中剩余氢气量,HH2S-G和HNH3-G分别为加氢气体产品中H2S和NH3中所带的氢,H2-溶、HH2S-溶、HNH3-溶分别为溶解气中的H2、H2S和NH3中所带的氢,HC1-C4-G和HC1-C4-溶分别为气体产品和溶解气中C1-C4中通过反应加上去的氢(不包括加氢前基团自身带的氢),HH2O为反应水所带的氢,HP-HDS、HP-HDN、HP-HDO、HP-HD=、HP-HDA和HP-HC分别为加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧、加氢脱烯烃、芳烃饱和和加氢裂化过程中带入产品油分子结构中的氢,HP-F为原料油中的氢HF0与生成的C1-C4带走氢(不包含反应中加上去的氢)的差值。 进一步分析可知,HH2S-G、HH2S-溶和HP-HDS实际为加氢脱硫总氢耗(HHDS),HNH3-G、HNH3-溶和HP-HDN为加氢脱氮总氢耗(HHDN),HH2O和HP-HDO为加氢脱氧总氢耗(HHDO),HC1-C4-G、HC1-C4-溶和HP-HC为加氢裂化总氢耗(HHC),HP-HD=即为烯烃饱和氢耗(HHD=),HP-HAD为芳烃饱和氢耗(HHDA)。故式(1)可整理为如下形式: 考虑到加氢过程放空和循环的间歇性,可将H2-G和H2-溶之和视作两个在时间上具有连续性的当量值:放空氢耗(H放空)和循环氢(H循环),自此可将式(2)变形为: 将等式(3)左边合并为一项,即为总氢耗(H总),H放空和H漏记作损失氢耗H损,得氢耗计算公式为: 3 动力学方法计算煤焦油化学氢耗 化学反应动力学的基本任务就是研究反应进行的条件——温度、压力、浓度、介质以及催化剂等对化学反应过程速率的影响,揭示化学反应的机理并研究物质的结构和反应能力之间的关系。虽然煤焦油属于复杂的混合物,简单的动力学模型很难揭示出其复杂的反应机理,但足以满足简单的关联关系研究。 3.1 动力学模型基本假设 煤焦油催化加氢反应器数学模型比较复杂,因为反应器内发生许多微观和宏观影响:两相的流动方式,催化剂颗粒的粒度及形状,液相对催化剂孔内的润湿性,压降,颗粒内梯度,热效应及催化剂表面动力学。因此,降低反应器的复杂性,只注意重要的过程变量更为实际。这暗示我们应该建立包含尽可能少参数的简化模型。本模型的建立基于以下假设:①催化剂床层润湿完全,固定相与床层之间不发生相互位移;②气、液两相发生拟均相反应;③反应装置在恒温、恒压条件下运行;④试验在稳态条件下操作,催化剂活性不随时间改变;⑤反应速率常数与温度的关系符合阿伦尼乌斯公式。 3.2 轴向扩散分析 为了确保反应器在平推流状态下操作,我们必须考察能否忽略返混。一般情况下,用于估计可忽略返混影响的最小床层长度Lb计算规则为: 式(5)中,Lb为催化剂床层高度;dp为颗粒直径;n为反应级数;x为馏分转化率;Pez为Peclet值,可根据雷诺数函数估算。一般情况下,Lb/dp的最小值在450至3 850之间,而实验值为400。 对于本试验的加氢精制床层而言,颗粒直径和床层高度分别为1.5 mm和2 000 mm,Lb/dp约为1 333,足够高于最小值;对于裂化剂床层,颗粒直径和床层高度分别为3 mm和1 500 mm,Lb/dp为500,也足够高于最小值。因此,假设反应器为平推流反应器是可以接受的。 3.3 煤焦油加氢精制氢耗动力学模型的建立和求解 3.3.1 模型的建立 依据等温平推流模型,参考相关文献,在管式反应器中,加氢精制反应氢耗微分质量平衡方程为: 式(6)中ε为催化剂床层空隙率,本研究按0.389计,rA为氢耗表观反应速率,VR为催化剂床层体积,QL为原料油体积流量,其值为催化剂床层总体积与空速的乘积,cH为当量氢浓度,也就是在反应条件下可能与氢气发生反应的化学键氢/油质量比,单位μg/g。以加氢脱硫反应为例,由于在加氢过程中氢气是过量的,决定其反应速率的是反应系统中C-S键的浓度,而不是氢气的浓度,为了单独对其耗氢速率进行讨论,本文将系统中C-S键的浓度等效为这些化学键完全转化时所需的氢气的浓度,其反应前的初始值cH0与cH之差及为当前反应的氢耗值。 各类化学氢耗的表观反应速率可以表示为: 式(7)中,n为反应级数,kv为反应速率常数。kv值与反应压力项和温度T有关,根据阿伦尼乌斯公式kv可以表示为: 加氢精制氢耗的速率表达式可写为: 式(9)中,k0为Arrhenius方程的指前因子,Ea为反应的表观活化能,J/mol,T为反应温度,K。 若反应为非一级反应,即n≠1,将式(9)中的rA带入式(6)中并整理得: 否则为一级反应,n=1,有: 求解式(10)和式(1)即可得到氢耗计算公式 为了便于回归拟合,以确定各化学氢耗的动力学参数,对式(10)线性化处理有: 对于加氢脱氧氢耗,由于其反应级数n=1,满足(11),线性化处理结果为: 3.3.2 模型的求解 采用Design-Expert7.1.3中Historical Data功能对表2中的实验数据进行线性回归拟合,得到的化学氢耗动力学参数见表3。 注:(1)THDT——加氢精制剂温度;(2)THDC——加氢裂化剂温度;(3)LHSV——液体体积空速,下文同。 计算化学方法 篇4
3.4 加氢裂化和芳烃饱和氢耗的动力学计算
借鉴Sepehr和Arshad等[8]对加氢裂化氢耗的处理方法,采用二次模型对芳烃饱和氢耗和加氢裂化氢耗进行回归拟合,模型如下:
模型拟合结果见表4。
3.5 整体动力学模型验证
为了考察模型的可靠性和预测能力,进行三组验证实验,实验工艺条件和模型验证结果分别见表5、表6。
通过实验测定值与模型预测值的对比分析发现,煤焦油加氢化学氢耗计算模型的相对误差为2.10%,具有较好的预测性,在一定程度上能较好的反应煤焦油加氢过程氢气消耗的实际情况,对煤焦油加氢工艺设计具有一定的指导意义。
利用上述氢耗计算模型对煤焦油加氢优化工艺条件(精制剂床层温度633 K,裂化剂床层温度673 K,反应压力13 MPa,液体体积空速0.3 h-1,氢油体积比2 000∶1下的氢耗进行分析,分析结果见表7。从表7中可以看出,在优化工艺条件下,煤焦油加氢总氢耗为76.476 mg/g,从分布情况看,加氢裂化氢耗占了总氢耗的一半以上,芳烃饱和和加氢脱氧耗氢将近40%,加氢脱氮氢耗较低,加氢脱硫和烯烃饱和氢耗合计约为1%,在进行总氢耗的计算过程中,若获取实验数据困难,可以忽略加氢脱硫和烯烃饱和的影响。
4 结论
(1)分别建立了煤焦油加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧和烯烃饱和氢耗的动力学方程及芳烃饱和和加氢裂化氢耗的二次模型。实验验证结果表明,化学氢耗计算模型的相对误差为2.10%,模型能够较好的反映煤焦油加氢过程氢耗的实际状况;
(2)对于实验用煤焦油,其总氢耗76.476 mg/g,各类氢耗分布比例顺序为:HHC>HHDA>HHDO>HHDN>H漏>HHD=>HHDS。
参考文献
[1]Aitani A M.Processes to enhance refinery hydrogen production[J].Int.J.Hydrogen Energy,1996(21):267-271.
[2]李大东.加氢处理工艺与工程[M].北京:中国石化出版社:2004.
[3]Speight J G.The chemistry and technology of petroleum[M].Berlin:Marcel&Deckker,1999.
[4]Castaneda L.C.,Munoz J.A.D.,Ancheyta J.Comparison of approaches to determine hydrogen consumption during catalytic hydrotreating of oil fractions[J].Fuel,2011(90):3593-3601.
[5]Lee C.K.,McGovern S.,Da Silva L.M.,Magalhaes C.S.,Osowski C.A.Study compares methods that measure hydrogen use in diesel hydrotreaters[J].Oil Gas J.2008(13):58-63.
[6]Stratiev D.,Tzingov T.,Shishkova I,Dermatova P.Hydrotreating units chemical hydrogen consumption analysis a tool for improving refinery hydrogen management.44th International petroleum conference[M].Bratislava,SlovakRepublic,2009.
[7]滕家辉,李冬,李稳宏,等.煤焦油加氢氢耗的研究[J].化学反应工程与工艺,2011,27(5):443-449.
热化学方程式计算方法和书写 篇5
②根据键能：△H =E总(断键)-E总(成键)
③燃烧热：Q(放) =n(可燃物)·△H(燃烧热)
④中和热：Q(放) =n(H2O )·△H(中和热)
⑤将ΔH看作是热化学方程式中的一项，再按普通化学方程式的计算步骤、格式进行计算，得出有关数据。
新课标下高中化学反应热的计算方法 篇6
关键词： 新课标；化学反应热；键能；盖斯定律；计算
【分类号】G633.8
本文将一一列举列出常见反应热的计算方法，望对大家有所帮助。
一、根据热化学方程式计算
计算原理：反应热的绝对值与参加化学反应的物质的量成正比。
二、根据燃烧热计算
五、根据生成物的总能量与反应物的总能量之差进行计算
六、应用盖斯定律进行计算
1.含义
（1）不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。
（2）化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
最常考的是应用盖斯定律计算，基本思路通过叠加（减）方程式凑所求的目标方程式，等方程式完全等于目标方程式后，按照方程式的叠加（减）方法，即可求出所需的反应熱。
参考文献：
[1]佚名. 5年高考3年模拟[M]. 教育科学出版社， 2014.
计算化学在化学教学中的应用 篇7
化学是一门以实验为基础而发展起来的学科, 研究的主要内容是通过物质的转化以产生新的物质。由于分子间化学转化的微观性和抽象性等特点, 在传统的化学教学中, 教师多用比喻、实物分子模型等方法对分子进行展示和讲解。这种教学方法虽然可以使学生学到一些化学知识, 但对化学知识的理解主要停留在记忆层次上, 对化学知识抽象原理的进一步深入理解存在困难。随着计算化学的迅速发展, 不断地有许多新的理论方法和软件得到开发[1]。通过计算化学的模拟研究, 不仅能从分子及量子水平解释实验现象中无法解释的问题, 还可以通过计算化学对实验中的一些性质或现象总结出一定的规律, 进而对化学实验起到指导及预测作用。这不但可以避免科研工作者进行盲目的科学研究, 也在很大程度上节省时间、人力和财力, 提高科研效率, 也使化学学科发展的更加成熟和完善。
二、计算化学与化学教学相结合
为了弥补传统化学教学的不足, 将计算化学与化学教学相结合的教育方式, 将对化学课程的发展、化学教学的改革及学生创新能力的培养起到推动作用。近几年, 随着教学体制的改革, 我国已不断地将计算化学教学纳入化学课程中[2,3,4,5,6]。对于传统的化学教学手段, 难以生动地表现出抽象的化学概念。采用计算化学模拟及相关的可视化软件分析, 则可将这些抽象的概念表达的更具体, 使化学变化的本质与过程更形象地展现在学生眼前, 从而打破了化学反应的“黑匣子”传统观念。在国际上已有不少高校将计算化学作为一门独立的学科纳入化学课程体系中。在我国一些大学中, 计算化学也相继走进化学课堂, 如北京化工大学。由于计算化学的高效、形象化和易于理解等特点, 在化学教学中, 人们主要是采用计算化学的各种软件并进行一些简单的计算练习来辅助教学。这不仅可以激发学生学习化学的兴趣, 还可以加强学生对化学知识的理解。
计算化学所使用的一些可视化软件主要有Gaussian View、Chemcraft、Chem Office等。老师及学生通过对选定的分子进行简单的计算后, 就可以通过这些软件对其分子结构、电子密度和轨道等进行可视化分析。这不但使化学教学变得更加灵活, 也使这些抽象的概念得到形象具体的展现, 化学课程不再枯燥乏味, 也降低了教学的难度, 帮助学生理解复杂的现象与机理, 进而增加学生探索化学微观世界的兴趣, 提高了教学质量。
三、计算化学在化学教学中的应用
在大学的化学课程中, 如有机化学、无机化学、立体化学、分析化学等[7,8], 都可以通过计算化学的应用提高教学质量。以下通过相关化学知识实例来简单介绍一些计算化学在化学教学中的作用。
1. 分子轨道。
1, 3-丁二烯的分子轨道图是大学化学课本上讲解分子轨道的一个典型实例。在分子中每个碳原子都含有一个未占据的p轨道, 四个碳原子的四个未杂化的p轨道线性组合成四个不同的分子轨道, 即两个占据轨道和两个非占据轨道。由于分子轨道概念较抽象, 单凭老师的口述, 很难让学生很深入地理解其含义, 但通过计算化学软件进行可视化分析后, 这个问题可以得到很好的解决, 采用Gaussian View对分子轨道进行可视化后得出的图形如下:
图1左侧的四个分子轨道图分别对应着右侧的14-17号轨道。通过鼠标选中一个轨道号, 相应的轨道图就会显示出来。从轨道图可以看出, 分子轨道的节面越多, 能量越高。
2. 分子光谱。
在有机化学实验中, 常通过光谱来鉴定不同的化学物质, 如红外光谱、拉曼光谱和核磁共振氢谱等。红外光谱是通过不同种键的不同振动方式而产生的。由于大多分子含有较多化学键且键的类型较多, 因此光谱图的峰种较多, 学生对于光谱的学习比较困难。通过计算化学软件的辅助作用可加强学生对光谱的理解与记忆。图2为计算得到的丙醛和丙酮的红外光谱图。在计算化学软件显示的光谱图中, 用鼠标点击峰的位置, 即可显示分子相应键的振动。因此, 在教学的过程中可以进行现场的计算模拟, 使学生快速地了解并掌握不同分子的红外光谱特征。通过红外光谱也可以对两个不同的分子进行区分, 如丙醛与丙酮的分子式相同且都含有一个羰基, 因此在1750cm-1附近都有一个较强的吸收峰。两个分子的不同之处主要在于丙醛分子的羰基上含有一个C-H键, 此键在2800cm-1处有特征吸收, 而丙酮分子中没有, 从而将两分子区别开。
3. 分子的立体构型。
同一分子往往具有不同的立体构象, 如烷烃的重叠构象和交叉构象等。由于大多分子含有的原子数较多, 学生很难想象出分子的立体结构, 这使学生对立体化学知识望而生畏。但通过计算化学的应用, 这个问题很容易得到解决。
在基础有机化学中, 环己烷的构象是一个比较难于理解及掌握的知识点。学生往往缺乏对分子结构直观的认识, 难于在头脑中形成正确的立体几何构型, 因而很难正确地书写出环己烷的椅式构象和船式构象。通过计算模拟可以优化得到环己烷的两种构型, 采用Chemcraft等可视化软件则可以将其形象地展现在学生眼前。使用此可视化软件查看构型时, 可以通过鼠标随意地对分子进行平移和反转等操作, 进而使学生对分子的空间构型有较好的认识, 也加强了学生空间思维能力的培养。
4. 化学反应。
物质的生成离不开化学反应, 有些反应机理复杂, 一个反应因不同的反应方式而得到多种产物。在传统教学中, 学生只能通过课本中的化学方程式进行记忆, 学生在化学实验课上, 也仅能通过溶液颜色或状态的变化判断反应是否进行及是否得到产物, 对于分子的微观反应过程并不了解, 这使化学在学生心中变得很神秘。然而通过计算化学模拟, 采用一些化学可视化软件则可以将微观的化学变化形象地展现在学生面前, 使学生对化学反应的本质有深入的理解。
以甲醛的异构化反应为例, 通过计算模拟优化得到甲醛分子的两种异构过程, 如图3所示。通过Gaussian View可视化软件可以查看两个过渡态TS的振动情况。图4为通过对过渡态 (Transition State, TS) 做内禀坐标 (Intrinsic Reaction Coordinates, IRC) 计算得到的反应势能面, 纵坐标为反应体系的总能量, 横坐标为反应内禀坐标。最高点为过渡态TS对应的点, 沿着反应坐标两侧分别是导致反应物和产物的方向。曲线上的每个点对应着一个结构。在可视化软件中通过鼠标选择不同的点可以查看相应的结构。从图4中可以明显看出甲醛分子的异构化过程伴随着键的断裂和形成, 也可以通过反应最高点对应的能量粗略地比较两个反应的难易, 最高点能量较低的反应路径为主反应通道, 相反则为副反应通道。
综上所述, 计算化学在国际上已成为一个独立的研究领域, 而在我国发展相对滞后。因此, 将计算化学纳入到化学课程教学中, 使学生体会到计算化学所发挥的重要作用, 树立计算化学在学生心目中的位置, 激起一些计算化学的兴趣爱好者, 也为培养具有分子模拟及运用计算化学能力的新一代化学专业人才奠定基础。
摘要：在教学改革中, 计算化学因其结果可视化的优势, 而不断被纳入化学教学中。计算化学辅助的化学教学, 可生动、形象地展示分子轨道、光谱、立体结构及化学反应, 以激起学生学习化学的兴趣, 从而提高教学质量。
关键词：教学改革,计算化学,化学教学
参考文献
[1]苏培峰, 谭凯, 吴安安, 等.理论与计算化学研究进展[J].厦门大学学报, 2011, 50 (2) :311-318.
[2]鄢红, 郭广生, 张常群.开展交叉学科教学实践, 培养新世纪创新人才[J].化工高等教育, 2002, (2) :42-43.
[3]李中华, 陈刚.计算化学新课程体系的构建[J].大学化学, 2008, 23 (1) :11-16.
[4]仲梁维, 熊敏, 董小虎.计算机辅助设计实践教学的改革探讨[J].教改创新, 2012, (6) :19-20.
[5]王祖浩.化学学科教学策略的构想[J].教育研究, 1996, (9) :72-76.
[6]罗华军.《计算机在化学中的应用》课程改革和探索[J].甘肃联合大学学报, 2005, 19 (1) :80-81.
[7]赵丽娇, 钟儒刚, 甄岩.计算化学软件在大学有机化学教学中的应用[J].计算机与应用化学, 2008, 25 (8) :1035-1037.
如何提高化学计算能力 篇8
4种不纯的纯碱样品, 分别含有下列一种杂质, 取等量的4种样品分别与等质量分数的盐酸反应, 所消耗盐酸的质量相等, 则这4种样品中含纯碱质量分数最大的是 () :A.K2CO3、B.NaHCO3、C.KHCO3、D.NH4HCO3。
在做此类题的时候, 学生往往是没有解题的突破口, 如何快速地得出此题的正确答案呢?首先, 要将这几种物质与盐酸反应的方程式的系数比了然于心: (1) Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O, (2) K2C O3+2HCl=2KCl+CO2↑+H2O, (3) NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O, (4) KHCO3+HCl=KCl+CO2↑+H2O, (5) NH4HCO3+HCl=NH4Cl+CO2↑+H2O.
通过观察可以知道前两个方程反应物与盐酸的系数比为1比2, 后三个的系数比为1比1。如果要消耗相同质量的盐酸的话, 反映到方程式中就是要把后三个方程式的系数与前两个相统一。 (1) Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O, (2) K2CO3+2HCl=2KCl+CO2↑+H2O, (3) 2NaHCO3+2HCl=2NaCl+2CO2↑+2H2O, (4) 2KHCO3+2HCl=2KCl+2CO2↑+2H2O, (5) 2NH4HCO3+2HCl=2NH4Cl+2CO2↑+2H2O.
由此, 我们就可以假设同样消耗73 g的盐酸的话, 需要Na2CO3、K2CO3、NaHCO3、KHCO3、NH4HCO3的质量分别为106 g、138 g、168 g、200 g、158 g。从以上数字我们可以看出, 消耗同样的盐酸的话, 对于碳酸钠和碳酸钾的混合物而言, 它的质量一定是在106～138之间。同理, 对于其他的混合物而言, 也可以得出这样的结论。通过分析数据我们还可以看出, 消耗同样的盐酸的话, 对于碳酸钠和碳酸氢钾的混合物来说, 它们的质量要在106～138之间的话, 碳酸钠所占的比例应该是最大的。所以, 此题应该选择C。
化学计算复习指导 篇9
一、相对分子质量的计算
计算相对分子质量作为中考必考知识,主要通过写出已知物质化学式求解质量分数,以及在各种类型的化学计算题目中来考查体现;然而同学们在考试过程中失误比较严重,其根源主要表现在:
其一,将已知物质化学式张冠李戴,如硫酸铁的化学式错写成FeSO4 (硫酸亚铁),而正确的硫酸铁化学式应为Fe2(S04)3;再者就是对物质的俗称混为一谈,把纯碱的化学式错写成NaOH(烧碱),而纯碱的化学式应为Na2CO3,这样必然导致相对分子质量的计算错误。
其二,在初中化学各种类型题目的计算中,同学们容易将两个分子以上物质的相对质量总和计算式错写从而导致失误,例如:在根据化学式方程式:
进行有关问题的求解时将2NaOH的质量错写为2×23+16+1,而正确算式应为2×(23+16+1),由于相对质量计算的失误,导致整个题目求解错误,严重影响中考成绩。此外,同学们在计算时通过口算或心算从而造成计算错误的现象也十分严重。因此,在进行综合复习期间应注重物质化学式的正确书写,将物质化学名称与其俗称相对应,在物质名称里有“亚”字时,铜、铁元素必须显低价等知识内容,避免在计算相对分子质量或相对质量总和的问题上出现错误。
二、计算物质中某种元素的质量分数
此类计算在中考的填空题或综合计算题里经常出现,主要考查学生的发散思维能力。解此类题型要求既要正确掌握化学式及化学方程式的书写,还要确定物质的类别才能正确解答,故而具有较强的综合性。
例1
在①FeO,②Fe2O3,③Fe3O4,④FeSO4四种物质中,所含铁元素的质量分数由高到低的顺序是______(填序号)。
错解:同学们往往误认为原子个数越多,其质量分数越高,从而错答为③>②>①>④;另有部分同学虽能给出正确答案,却耗费了相当长的时间去进行计算,影响到整套试卷的解答。
正确解法:通过确定四种物质里铁元素的最小公倍数为6的方法,将它们在草稿上转换式含铁元素原子个数相等的Fe6O6、Fe6O9、Fe6O8、Fe6 (SO4)6,这样再通过比较它们的后缀所占质量越小,则铁元素质量分数越大的方式,得出正确答案应为:①>③>②>④.
例2
现有表面被氧化的镁条6.8g投入足量的稀硫酸中完成反应,放出0.4g气体,求该镁条中镁元素质量分数。
错解:设镁的质量为x,
∴镁的质量分数为:×100%=70.6%.
分析:本题考查的是在根据化学方程式计算时混合物中某种元素质量分数的求解,同学们在解题过程中由于审题不清忽略了氧化镁中的镁元素,错将单质镁视为全部镁元素而求解错误。
正确解题思路:设该镁条中单质镁的质量为x,
则MgO的质量为:6.8g-4.8g=2g.
该镁条中镁元素质量分数为:
×100%=88.2%.
答:该镁条中镁元素的质量分数为88.2%.
三、溶液中溶质质量分数在根据化学方程式计算中的应用
此类题型有关溶液的计算与根据化学方程式计算的综合运用,既能考查同学们对相关知识内容的理解与掌握,又可培养学生的综合分析与计算的能力,已成为中考必考重点。
例3
有一瓶未知溶质质量分数的CuSO4溶液200g,现向其中加入11.2g铁粉,恰好完全反应后,过滤只得到红色金属固体。求:(1)生成红色金属固体的质量;
(2)滤液中溶质质量分数。
解析:设反应生成的Cu质量为x,生成的FeSO4质量为y,
根据质量守恒定律可知,生成的FeSO4溶液质量为:
200g+11.2g-12.7g=198.5g.
故滤液中溶质的质量分数为:
答:生成红色固体质量为12.7g,滤液中溶质质量分数为15.3%.
同学们在解答此题的过程中常常出现错误在(2)小问,由于忽视质量守恒在计算中的运用,采用分别求算滤液中的溶质和溶剂的质量的方式既绕弯路耗时,又容易造成计算错误。
例4
(2010·毕节)某化学活动小组需用溶质质量分数为19.6%的稀硫酸和锌粒反应来制取氢气,但实验室现有的是溶质质量分数为98%的浓硫酸。试计算:
(1)将10g该浓硫酸制成所需的稀硫酸,需加水的质量为多少?
(2)取上述配制好的稀硫酸20g与足量锌粒反应,能制得氢气质量多少?
解析:(1)设需加水的质量为x,依题意可得:
10g×98%=(10g+x)×19.6%
解得:x=40g.
(2)设能制得H2质量为y.
答:需加水的质量为40g,制得氢气的质量为0.08g.
部分同学直接用20g稀硫酸质量代入化学方程式求氢气的质量,还有部分同学在第(1)小问的计算中设与解不一致,设的未知数是所加水的质量,列出的算式为:10g×98%=x×19.6%,把稀溶液的质量与所加水的质量混淆产生错误。
总之,在计算过程中一点小小的错误都将会影响解题过程的完整性和正确性。为此,在总复习时不仅要扎实理解与掌握基础知识,不能局限于对所学知识的一知半解,满足于简单记忆;而应该学会整理、分析比较各部分知识之间的内在联系,再配合一些典型习题训练,加深对知识的应用;在运用基础知识和基本理论进行化学计算求解时,“设”、“解”、“答”等解题格式要规范,前后一致;利用化学方程式计算时要仔细认真审清题意,不纯的物质质量(如矿石、溶液、合金等)不能直接代入化学方程式进行计算;学会运用质量守恒找关系,化难为易,化繁为简,从而达到事半功倍的效果。
四、跟踪练习题
1.(2009·宁波)将24g含少量铜粉的铁粉投入盛有200g稀硫酸的烧杯中,恰好完全反应,烧杯中物质的总质量为223.2g,求:(1)铁粉中铜的质量分数;
(2)反应所得溶液中溶质的质量分数。
2.(2010·重庆)某NaOH样品中含Na2CO3,取该样品9.06g加30g水溶解,再滴加某盐酸溶液至溶液刚好呈中性(此时已无气泡产生),共用盐酸溶液50g,测得反应后总质量为88.62g。求:(1)样品中Na2CO3的质量分数;
(2)盐酸溶液中溶质的质量分数。
3.(2010·安顺)现有BaCO3和Ba(OH)2组或的固体混合物36.8g,与175.6g稀盐酸恰好完全反应,产生二氧化碳为
4.4g.求:(1)原固体混合物体中BaCO3的质量;
(2)反应后所得溶液中溶质的质量分数。
参考答案:
中学化学计算法研究 篇10
一、守恒法
1. 物质的量守恒
在化学变化中, 相应元素的物质的量或原子个数是不变的.
例1将镁条在空气中燃烧后的全部产物溶解在50 mL1.8 mol/L的盐酸中, 以20 mL, 0.9 mol/L NaOH溶液中和多余的盐酸, 然后向此溶液中加入过量NaOH, 把全部氨蒸发出来, 用足量盐酸吸收.经测定氨的质量为0.102 g.试计算镁条的质量.
解析:本题中有关物质的反应过程如图1所示.
设镁条的质量为x g, 根据氯气元素守恒列式如下:
2. 得失电子守恒
在氧化还原反应中, 氧化剂与还原剂得失电子书目相等, 利用这些相等关系进行计算, 能简化计算过程.
例2将Mg、Cu组成的26.4 g混合物与足量稀HNO3恰好完全反应, 固体完全溶解, 收集NO气体体积8.96 L (标准状况下) , 向反应后溶液中加入足量NaOH, 当金属离子恰好沉淀完全, 形成沉淀质量 ( )
解析:HNO3转移电子数:由得失电子守恒知最终沉淀Mg (OH) 2、Cu (OH) 2混合物质量为:m=ma1mg+mOH-=26.4 g+0.6 mol×2×17 g/mol=46.8 g.
二、归一化法
化学计算中常出现题给数据不足或没有具体数据的问题, 这类习题采用日常规解法难以奏效.为了解题方便, 常把被研究物质作为单位1进行解题.
例3由CaCO3和MgCO3组成的混合物高温加热到质量不再减少时, 残留物的质量是原混合物质量的一半, 则残留物中钙、镁两元素的物质的量此为 ( )
(A) 3∶1 (B) 1∶3 (C) 2∶3 (D) 3∶2
解析:CaCO3=CaO+CO2↑, MgCO3=MgO+CO2↑.该残留物中钙、镁两元素的物质的量比为1∶x, 则:56+40x=41×1+44×x (残留物与放出气体质量相等) , 解得x=3.
三、极值法
常用于确定问题的取值区间.
例4 Mg、Al、Fe三种金属混合物与足量的稀H2SO4反应, 生成H22.8 L (标准状况下) , 则金属混合物中三种金属物质的量之和不可能是 ( )
(A) 0.12 mol (B) 0.15 mol
(C) 0.09 mol (D) 0.1 mol
四、差量法
差量法可以是质量差、体积差、物质的量差等.
例5在一个固定溶剂的密闭容器中放入3molX气体;2molY气体, 一定条件下发生下列反应:4X (g) +4Y (g) ⇌3Q (g) +nR (g) 达平衡后, 容器内温度与起始时相同, 混合气体压强此原来增大10%, X减少, 求n的值为多少?
五、终态处理法
不考虑反应的具体细节与全过程, 只从反应的最终结果去解决问题.
例6 1.92 g铜片投入一定量浓硝酸中, 铜完全溶解, 生成的气体颜色越来越浅, 共收集到标准状况下气体0.672 L.将盛有此气体的容器倒扣在水中, 通入标准状况下一定体积的氧气, 恰好使气体完全溶于水中, 求通入氧气体积为多少升?
解析:, 可以看成氧气氧化了铜
六、中路突破法
中路突破法式用来快速处理两种物质不知按什么量相混合, 而以等物质的量相混合作参照标准的一种解题方法.
例7 18.7g NaOH和NaHCO3固体混合物, 在密闭容器中加热到250℃, 经充分反应后排出气体, 冷却后得剩余固体质量为16.6 g, 则原混合物的组成为 ( )
(A) n (NaOH)
(C) n (NaOH>n (NaHCO3) (D) 任意比混合
解析:18.4 g-16.6 g=1.8 g.它全是水, 还是水和二氧化碳混合物?我们假设:n (NaOH) =n (NaHCO3) , NaOH+NaHCO3=Na2CO3, 那么混合物的质量为, 说明必有NaOH剩余, 选 (C) .
七、量质分析法
量质分析法是处理物质间相互作用的一种有效方法.从具体物质的性质出发, 结合条件和物质的量, 分析可能发生的反应, 作出判断, 解决问题.
例8充分煅烧50 g硫铁矿粉末, 将生成的二氧化碳跟24g氧气混合, 并使其在一定条件下反应将反应后的气体先用冰水冷却, 得到40 g无色晶体, 再将剩余气体通入足量的氢硫酸溶液中, 生成44 g淡黄色沉淀, 求SO2的转化率.
解析:由FeS2→SO2→SO3, 同时发生的反应还有 (1) 2H2S+O2=2S+ZH2O. (2) SO2+2H2S=3S+2H2O.也即5O2在两个方面有消耗, 一是转化为SO3, 二是氧化硫化氢.充入的氧气也有两个途径消耗:由反应 (3) 消耗的氧气量为转化的SO2为32 g.反应 (4) 消耗的氧气为24 g-8 g=16 g.16 g的氧气氧化生成的单质硫的质量为:由44 g-32 g=12 g, 由 (2) 求SO2为:由44 g-32 g=12 g.由 (2) 求为:的转化率
分析化学过程, 指示化学计算的内涵, 理顺其中的质与量以及它们之间的逻辑关系, 是正确解决化学计算题的基础.