高考化学计算题题型分析

张兴前

(华南师范大学附属中学南海实验高级中学)

分析近年来的高考化学试题发现,高考对于化学计算考查的知识点相对稳定,但在考查方式方面有所创新,要求学生既要掌握解题方法,还要提高知识的综合应用能力.2023年全国各地高考理综以新教材老高考的形式为主,取消了选做题,非选择题由原来的“3＋2”变为现在的4道试题,但计算题作为定量研究化学知识的重要方式,预计在高考试题中的考查形式不会发生很大的变化,在延续往年的考查形式的基础上,会增加综合类知识的考查,以体现学生的核心素养.

1 以物质的量为基础的计算

物质的量是化学学科中联系宏观与微观的重要物理量,是学生学习化学知识的核心,也是定量研究化学的基础.在高考中,以物质的量为基础的计算常以选择题的形式出现,学生在解答时要在扎实掌握化学基本概念和理论的基础上,明确考查方向,运用有效的方法解决问题.

例1(2022年全国甲卷)NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( ).

A.25 ℃,101kPa下,28L 氢气中质子的数目为2.5NA

B.2.0L1.0mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的数目为2.0NA

C.0.2mol苯甲酸完全燃烧,生成CO2的数目为1.4NA

D.电解熔融CuCl2,阴极质量增加6.4g,外电路中通过电子的数目为0.1NA

分析本题是典型的以NA为基础的高考试题,是常见的考查形式.25 ℃,101kPa不是标准状况,不能使用22.4L·mol-1进行计算,即28L氢气中含有的质子数不一定为2.5NA个,选项A 错误.Al3＋是弱碱阳离子,在溶液中会水解,2.0 L1.0 mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的数目小于2.0NA,选项B 错误.1个苯甲酸分子中含7个碳原子,由碳原子个数守恒可知,0.2mol苯甲酸完全燃烧生成的CO2分子数为1.4NA个,选项C 正确.电解熔融CuCl2,阴极反应为Cu2＋＋2e-＝Cu,故当阴极质量增加6.4g时,外电路中通过电子的数目为0.2NA,选项D 错误.答案为C.

在解答这类试题的过程中,常用以下两种方法:1)利用整体和部分的数量关系:确定粒子数,弄清楚微粒中相关粒子(质子、中子、电子、离子)之间的数量关系.2)利用最简式:最简式相同的混合物可考虑直接利用最简式计算.

2 以热化学方程式为基础的计算

热化学方程式是研究化学能量变化的基础,在近年高考中备受命题者的青睐.以热化学方程式为基础的计算类试题,往往以盖斯定律的应用为基础计算所给热化学方程式的反应热,然后与化学平衡相结合进行综合考查.解答此类试题时,学生须认真分析所给热化学方程式,仔细厘清其中的计算关系,明确化学平衡的计算公式.

例2(2022年湖北卷,节选)自发热材料在生活中的应用日益广泛.某实验小组为探究“CaO-Al-H2O”体系的发热原理,在隔热装置中进行了5组实验(编号为a～e),测得相应实验体系的温度升高值(ΔT)随时间(t)的变化曲线,如图1所示.

图1

回答下列问题:

(1)已知:①CaO(s)＋H2O(l)＝Ca(OH)2(s)ΔH1＝-65.17kJ·mol-1.

②Ca(OH)2(s)＝Ca2＋(aq)＋2OH-(aq)ΔH2＝-16.73kJ·mol-1.

则CaO(s)＋2Al(s)＋7H2O(l)＝Ca2＋(aq)＋2[Al(OH)4]-(aq)＋3H2(g)的ΔH4＝_______kJ·mol-1.

(2)温度为T时,Ksp[Ca(OH)2]＝x,则Ca(OH)2饱和溶液中c(OH-)＝_________(用含x的代数式表示).

分析本题以物质性质的探究实验为基础,考查学生的数据分析能力.

(1)根据盖斯定律,①＋②＋2×③可得所求热化学方程式,则

(2)温度为T时,Ca(OH)2饱和溶液中,

3 以晶胞为基础的计算

由于2023年高考以新高考形式为主,所以高考中对以晶胞为基础的计算也不再局限于选做题中.学生在解答以晶胞为基础的计算题时,要能透过现象看本质,紧抓公式xM＝ρa3NA(x为粒子个数,M为晶体的摩尔质量,ρ为晶体的密度,a为1个立方晶胞的边长,NA为阿伏加德罗常数的值),其中任意一个量都可以通过将其他量套入公式进行计算.

例3(多选)(2022年山东卷)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图2所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子.下列说法正确的是( ).

图2

A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2＋个数为x

B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8

C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x

D.当NayCu2-xSe 转化为NaCuSe 时,每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)molCu原子

分析本题意在考查学生的空间想象能力和计算能力,有利于培养学生的模型认知、创新意识及宏观辨识与微观探析等核心素养.由晶胞结构可知,位于顶点和面心的Se2-个数为,位于体内的Cu2＋和Cu＋的个数之和为8,设晶胞中的Cu2＋和Cu＋的个数分别为a和b,则a＋b＝8-4x,由化合价代数和为0可得2a＋b＝4×2,解得a＝4x,选项A错误.由题意可知,Na2Se转化为Cu2-xSe的电极反应式为Na2Se-2e-＋(2-x)Cu＝Cu2-xSe＋2Na＋,由晶胞结构可知,位于顶点和面心的Se2-个数为,则每个晶胞中含有4个Na2Se,转移电子数为8,选项B 正确.由题意可知,Cu2-xSe 转化为NaCuSe的电极反应式为Cu2-xSe＋e-＋Na＋＝NaCuSe＋(1-x)Cu,由晶胞结构可知,位于顶点和面心的Se2-个数为,则每个晶胞中含有4个NaCuSe,晶胞中0价铜原子个数为(4-4x),选项C 错误.由题意可知,NayCu2-xSe 转化为NaCuSe的电极反应式为NayCu2-xSe＋(1-y)e-＋(1-y)Na＋＝NaCuSe＋(1-x)Cu,所以每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)molCu,选项D 正确.答案为B、D.

随着新高考制度的实施,高考试题会逐渐偏向考查学生的知识应用能力,侧重提高学生的化学学科核心素养,命题者对化学计算的关注会逐渐增加,特别是与人们生产、生活联系密切的计算.因此,学生在平时的复习中要注重总结归纳适合自己的计算方法,掌握扎实的基础知识,为高考助力.

(完)