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其他常用方法

时间:2022-05-11 百科知识 版权反馈
【摘要】:在求解计算题目时,运用守恒条件可以快速建立等量关系,守恒法与其他方法一同使用是求解化学题的基础,可达到速算效果。4.残基法这是求解有机物分子结构简式或结构式最常用的方法。具体使用方法为:A和B数量的比值为(

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1.守恒法

参加反应的物质总质量、各种物质所含各种原子的总数、化合价升降的总数、各种微粒所带电荷总和,都满足守恒条件。在求解计算题目时,运用守恒条件可以快速建立等量关系,守恒法与其他方法一同使用是求解化学题的基础,可达到速算效果。

例11 某强氧化剂[RO(OH)2能被亚硫酸钠还原到较低价态,将含2.4×10-3 mol[RO(OH)2的溶液还原到低价态需0.2mol/L亚硫酸钠溶液12mL,那么R元素的最终价态为

A.+3 B.+2 C.+1 D.-1

解:因为在[RO(OH)2中,R的化合价为+3价,它被亚硫酸钠还原的同时,亚硫酸钠被氧化而得硫酸钠,硫的化合价升高了2价,根据2.4×10-3 mol[RO(OH)2

0.012L×0.2mol/L=0.0024mol

的亚硫酸钠完全反应,知亚硫酸钠共升0.0024×2=0.0048价,则依照升降价守恒,2.4×10-3 mol[RO(OH)2也共降0.0048价,所以每mol[RO(OH)2降了2价,R原为+3价,所以降为+1价,故不需配平方程式即可直接选C。

例12 KOH固体在空气中放置一段时间,经分析测知含水2.8%,含K2CO337.3%,取1克该样品投入25毫升2摩/升的盐酸中后,多余的盐酸用1.0摩/升的KOH溶液30.8毫升恰好完全中和,蒸发中和后的溶液可得到固体

A.1克 B.3.725克 C.0.797克 D.2.836克

解:本题化学反应复杂,数字处理繁琐,但若根据Cl守恒便可以看出:蒸发溶液所得KCl固体中的Cl全部来自盐酸中的Cl,即生成的n(KCl)=n(HCl)。

m(KCl)=0.025L×2mol/L×74.5g/mol=3.725g

故答案为B。

2.规律法

化学反应过程中各物质的量符合一定数量关系,这些数量关系就是我们所说的反应规律。它们表现为通式或公式,包括有机物分子通式、燃烧耗氧通式、化学反应通式、化学方程式、各物理量定义式、各物理量转化关系式等,甚至个人从实践中总结出的通式也可视为反应规律而充分利用。熟练利用各种通式和公式,可以大幅度地减少运算时间和运算量。

例13 120℃时,1体积某烃和4体积O2混合,完全燃烧后恢复到原来的温度和压强,体积不变,则该烃分子式中所含的碳原子数不可能是

A.1 B.2 C.3 D.4

解:这是有机物燃烧规律的典型应用题。由于烃的类别不确定,亦不知氧是否过量,如果将含碳1至4的各种烃的分子式代入燃烧方程,运算量大且不能保证考虑全所有可能性。

用有机物燃烧通式,设该烃为CxHy,完全燃烧的方程式为:

CxHy+(x+y/4)O2=xCO2+(y/2)H2O

反应前后温度都是120℃,H2O为气态,在相同状况下气体的体积比等于摩尔比,则无论O2是否过量,每1体积CxHy只与(x+y/4)体积的O2反应,生成x体积的CO2和y/2体积的水蒸气,体积变化量肯定为(1-y/4),只与分子式中氢原子数有关。

反应前后体积不变,即:1-y/4=0,立得分子式为CxH4;再将四个选项的碳原子数代入,CH4为甲烷,C2H4乙烯,C3H4为丙炔,只有C4H4不可能。

3.排除法

选择型计算题最主要的特点是选项中有正确答案,只要排除不正确答案便得应选答案。针对数据的特殊性,将不可能数据排除,则可不直接求解而得正确选项,处理单选题时此法更有效。

例14 取相同体积的KI、Na2S、FeBr2三种溶液,分别通入氯气,待反应完全,三种溶液所消耗氯气的体积(在同温同压下)相同,则KI、Na2S、FeBr2三种溶液的摩尔浓度之比是

A.1∶1∶2 B.1∶2∶3 C.6∶3∶2 D.2∶1∶3

解:可以将氯气与各物质反应的关系式写出,根据氯气用量相等得到各物质的摩尔数,从而求出其浓度之比。这要进行运算,未充分利用选择题的特殊性。

根据四个选项中KI与FeBr2的比例或Na2S与FeBr2的比例不相同的特点,只要求出其中一个比值,就可得出正确选项。

因KI与Cl2反应产物为I2,即两反应物mol比为2∶1;FeBr2与Cl2反应产物为Fe3+和Br2,即两反应物mol比为2∶3,可化简为2/3∶1,所以当Cl2用量相同时,KI与FeBr2之比为2∶(2/3)即3∶1,A、B、D中比例不符合,予以排除,只有C为应选项。

取Na2S与FeBr2来算也可得相同结果。本题还可如此加快解题速度:根据KI、Na2S、FeBr2三者的结构特点,知等量物质与Cl2反应时,FeBr2需耗最多的Cl2,换言之,当Cl2的量相等时,参与反应的FeBr2的量最少,所以等体积的溶液中,其浓度最小,在四个选项中,只有C符合要求,为应选答案。

4.残基法

这是求解有机物分子结构简式或结构式最常用的方法。同一个有机物分子式可以有很多不同结构,要确定其结构,可先将已知官能团(包括烃基)的式量或所含原子数扣除,剩下的式量或原子数就属于残余的基团,再讨论其可能构成便快捷得多。

例15 某有机物5.6克完全燃烧后生成6.72升(S.T.P)二氧化碳和3.6克水,该有机物蒸气对一氧化碳的相对密度是2,试求该有机物分子式。若该有机物能使溴水褪色,与新制的氢氧化铜混合加热产生红色沉淀,试推断该有机物的结构简式。

解:因为该有机物蒸气对一氧化碳的相对密度为2,所以其分子量是CO的2倍即56,因而5.6克有机物是0.1摩;完全燃烧生成的6.72升(S.T.P)CO2为0.3摩,3.6克水为0.2摩,故分子式中含3个碳、4个氢,则每摩分子中含氧为:

56-3×12-4=16(克)

即分子式中只有1个氧,可确定分子式是C3H4O。该有机物能发生斐林反应,证明其中有-CHO;从C3H4O中扣除-CHO,残基为-C2H3,能使溴水褪色,则有不饱和键,其组成只可能为-CH=CH2,所以该有机物的结构式为H2C=CH-CHO。

5.十字交叉法

这种方法专门用来计算溶液浓缩及稀释、混合气体的平均组成、混合溶液中某种离子的浓度、混合物中某种成分的质量分数等。具体使用方法为:

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A和B数量的比值为(c-b)∶(a-c)。浓缩(或稀释)可看做是原溶液中减少(或增加)了溶质质量分数为0%的水,而加入溶质则是增加了溶质质量分数为100%的溶质,得到溶质质量分数为c的溶液。

例16 有a克15%的NaNO3溶液,欲使其质量分数变为30%,可采用的方法是

A.蒸发溶剂的1/2  B.蒸发掉a/2克的溶剂

C.加入3a/14克NaNO3 D.加入3a/20克NaNO3

解:用十字交叉法,溶液的NaNO3质量分数由15%变为30%,差量为15%。增大溶质质量分数有两个方法:

(1)加入溶质。要使100%的NaNO3变为30%,差量为70%,所以加入溶质的质量与原溶液质量之比为15∶70,即要加入3a/14克。

(2)蒸发减少溶剂。纯溶剂的NaNO3质量分数为0%,与30%的差量为30%,所以蒸发的溶剂质量与原溶液质量之比为15∶30,即要蒸发a/2克。

设未知数来求解本题相当于做两道计算题,所花时间要多得多。

6.拆分法

有时将题中提供的数值或物质结构、化学式适当分拆为相互关联的几部分,便于建立等量关系、进行比较而简化运算。这种方法最适用于有机物的结构比较(与残基法相似)、同一物质参与多种反应、化学平衡或讨论型的计算题。

例17 将各为0.3214摩的下列各物质在相同条件下完全燃烧,消耗氧气的体积最少的是

A.甲酸 B.甲醛 C.乙醛 D.甲酸甲酯

解:这是关于有机物燃烧耗氧量的计算,由于只需比较各物质耗氧量多少,不必求出确切值,故可应用拆分法。

甲酸的结构简式为HCOOH,可拆分为H2O+CO,燃烧时只有CO耗氧;甲醛为HCHO,可拆分为H2O+C,比甲酸少一个O,等摩尔燃烧过程中生成相同数量的CO2和H2O时,多耗一个O。

同理将乙醛CH3CHO可拆为H2O+C2H2,比甲酸多一个CH2、少一个O,耗氧量必定大于甲酸。

甲酸甲酯HCOOCH3可拆分为2H2O+C2,比乙醛少了H2,耗氧量必定少,所以可知等量物质燃烧时乙醛耗氧最多。

7.方法小结

当然,解题方法并不局限于以上提到的这些,在学习和实践中大家还可以总结出各种各样的经验方法,这些方法可能都有各自的优点。

无论使用哪一种方法,都应该注意以下的要点:

(1)扎实的基础知识是运用解题方法的基石,所以要熟练掌握基本概念、基本理论,在此基础上逐步学会各种速算方法。

(2)使用各种解题方法时,首先要将量的关系辨别清楚,差量、守恒、关系式等不要错,更不能凭空捏造、弄巧反拙。

(3)紧抓题目的提示,例如守恒关系、反应规律、差值以及选项的数字特点、结构特点和相互关系,并结合定义式、通式、关系式、化学方程式等,以确定合适的方法。

(4)要善于将多种解题方法综合运用,以达最佳效果。

例18 有一块铁铝合金,溶于足量盐酸中再用足量KOH溶液处理,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧,使之完全变成红色粉末,经称量,发现该红色粉末和原合金质量恰好相等,则合金中铝的含量为

A.70% B.52.4% C.47.6% D.30%

解:本题是求混合金属的组成,只有一个条件“红色粉末与原合金质量相等”,用普通方法不能迅速解题。

根据化学方程式,铝经两步处理后已在过滤时除去,所以可用铁守恒建立关系式

Fe→FeCl2→Fe(OH)2→Fe(OH)3→(1/2)Fe2O3

再由质量相等的条件,得合金中:

铝+铁的质量=氧化铁的质量=铁+氧的质量

从而可知,铝的含量相当于氧化铁中氧的含量,根据质量分数的公式,可求出其含量为

[(3×16)/(2×56+3×16)]×100%=30%

在解题过程中同时运用了关系式法、公式法、守恒法等。

综上所述,“时间就是分数,效率就是成绩”,要想解题过程迅速准确,必须针对题目的特点,选取最有效的解题方法,甚至多种方法综合运用,以达到减少运算量、增强运算准确率的效果,从而取得更多的主动权,在测试中获取更佳的成绩。

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