化合物化学式计算的几种常见考查方式

2019-04-04张新中

数理化解题研究 2019年10期

关键词：石青化学式孔雀石

张新中

(江苏省邗江中学 225009)

化合物化学式的计算是高中学生必须掌握的一项基本技能，在高考和各地的模拟试卷中也屡屡出现.常见的考查方式有以下几种.

一、利用反应列方程进行计算

例1 某科研小组采集到两种铜矿标本，经地理老师辨认为孔雀石和石青，老师说其化学组成均可表示为xCuCO3·yCu(OH)2，属于天然碳酸盐类铜矿.

(1)为了准确测定两种矿石的化学组成，该小组同学将两种矿石分别与足量盐酸反应，孔雀石耗用的盐酸的物质的量与生成的CO2的物质的量之比为4∶1；石青则为3∶1.请确定它们的化学组成，孔雀石：____；石青：____.

(2)现取两份等质量的两种矿石的混合物样品，一份加入过量盐酸，生成CO26.6 g；对另一份样品加热使其完全分解，得到CuO 20g，则混合物中孔雀石和石青的物质的量之比为____.

解析(1)xCuCO3·yCu(OH)2与盐酸反应的化学方程式为xCuCO3·yCu(OH)2+2(x+y)HCl→(x+y)CuCl2+xCO2↑+(x+2y)H2O

根据孔雀石耗用的盐酸与生成的CO2的物质的量比为4∶1，可得：2(x+y)∶x=4∶1，解得x∶y=1∶1，故孔雀石的化学式可表示为CuCO3·Cu(OH)2.

根据石青耗用的盐酸与生成的CO2的物质的量比为3∶1，可得：2(x+y)∶x=3∶1，解得x=2y，故石青的化学式可表示为2CuCO3·Cu(OH)2.

根据C守恒得：a+2b=0.15 mol

根据Cu守恒得：2a+3b=0.25 mol

解得a=0.05 mol，b=0.05 mol.

故该混合物中孔雀石和石青的物质的量之比为：

0.05 mol∶0.05 mol=1∶1

答案:(1)CuCO3·Cu(OH)2；2CuCO3·Cu(OH)2(2)1∶1

点评本题根据铜矿与盐酸反应消耗盐酸的物质的量与生成的CO2的物质的量之比计算化学式，只要写出化学方程式，找出相应物质的物质的量，列方程即可解答.本题的关键在于化学方程式的书写，题目比较简单.

二、利用三大守恒进行计算

例2 某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子.称取两份质量均为 10.00 g的该结晶水合物，分别制成溶液.

②另一份加入足量的BaCl2溶液，生成不溶于稀硝酸白色沉淀，经过滤、洗涤、干燥称其质量为11.65 g.

(1)该结晶水合物中含有的两种阳离子是____和____，阴离子是____.

(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式(写出计算过程，注意解题规范).

点评本题先根据反应现象推断出物质中的离子，然后根据题中给出的物质的物质的量，计算出已知离子的物质的量，再根据电荷守恒计算出剩余离子的物质的量，最后得出物质的化学式.本题的关键在于应用电荷守恒计算最后一种离子的物质的量.

三、利用分解产物的比例进行计算

例3 实验所制得的碱式碳酸铜的组成可表示为：xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，要测定其组成，甲同学设计的实验方案中需要如下五个步骤：①称取12.0 g的样品；②高温分解；③测出生成CO2的质量为2.2 g；④测出生成水蒸气的质量为1.8 g；⑤称量生成CuO的质量为8.0 g.而乙同学认为除步骤②外，实验只需测定4个量中的部分数据即可，则合理的组合为____(填序号，写一组即可).根据你的选择，计算出碱式碳酸铜的组成，写出计算过程.

答案:③④⑤，①③④，①③⑤，①④⑤(任写一种) CuCO3·Cu(OH)2·H2O

点评本题根据分解产物的物质的量之比写出盐的氧化物表示形式，然后改写为盐的形式.本题的关键在于理解用氧化物的形式表示盐的组成；要注意的是分解生成的水不是盐中的结晶水.

四、利用热重分析图进行计算

例4 钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域.

(1)CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni的化合价均为+2价)可用作H2O2分解的催化剂，具有较高的活性.

① 该催化剂中铁元素的化合价为____.

② 图1表示两种不同方法制得的催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线.由图中信息可知：____法制取得到的催化剂活性更高；Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是____.

图1

图2

(2) 草酸钴是制备钴氧化物的重要原料.图2为二水合草酸钴(CoC2O4·2H2O)在空气中受热的质量变化曲线，曲线中300℃及以上所得固体均为钴氧化物.

① 通过计算确定C点剩余固体的化学成分为____(填化学式).写出B点对应的物质与O2在225～300℃的条件下发生反应的化学方程式：____.

② 取一定质量的二水合草酸钴分解后的钴氧化物(其中Co的化合价为+2、+3价)，用480 mL 5 mol·L-1盐酸恰好完全溶解固体，得到CoCl2溶液和4.48 L(标准状况)黄绿色气体.试确定该钴氧化物的化学式.

解析(1)①该催化剂中Co、Ni均为+2价，O为-2价，所以Fe元素的化合价是[8-(2x+2-2x)]/2=+3.②反应速率越快，则催化剂的催化活性越高，根据图像可知，x相同时微波水热法初始反应速率大于常规水热法，所以微波水热法制取得到的催化剂活性更高；随x增大，初始速率增大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化效果更好.

答案:(1)①+3 ②微波水热 Co2+

②Co5O6(过程见解析)

点评本题(2)①根据化合物在受热时的质量变化计算不同阶段的化学式.解答这类题的一般思路是：(1)失重一般是先失水，再失非金属氧化物；(2)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中；(3)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧，即可求出失重后物质的化学式.解题的关键在于弄清物质质量变化的原因，从而计算出变化物质的物质的量.