邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學(xué) 068350)

帶有圖像的化學(xué)計(jì)算題，采用數(shù)形結(jié)合的形式，在考查基本知識(shí)的同時(shí)，著重考查學(xué)生的觀察、分析與計(jì)算推理等能力.現(xiàn)將常見考查內(nèi)容舉例分析如下，供參考.

1 受熱分解問題(熱重曲線)

例1 將0.80 g CuSO4·5H2O晶體加熱，其受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如圖1所示，回答：

圖1

(1)確定200℃時(shí)所得固體物質(zhì)的化學(xué)式____(請(qǐng)寫出推導(dǎo)過程).

(2)取270℃時(shí)所得的樣品，于570℃灼燒，生成的主要產(chǎn)物為黑色粉末和一種氧化性氣體，則此反應(yīng)的化學(xué)方程式為____.向該黑色粉末中加入稀硫酸使之溶解，再經(jīng)濃縮、冷卻，析出晶體，則該晶體的化學(xué)式為____，其存在的最高溫度是____.

解析(1)分析圖像可知，CuSO4·5H2O受熱到102℃時(shí)開始脫水分解，113℃時(shí)可得到較穩(wěn)定的一種中間物，到258℃時(shí)才會(huì)繼續(xù)分解．在200℃時(shí)失去的水的質(zhì)量為

0.80g-0.57g=0.23g

根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式：

250 18n

0.80g 0.23 g

求得n=4

即200℃時(shí)固體物質(zhì)的化學(xué)式為CuSO4·H2O.

(2)用上述方法可求得258℃時(shí)失去所有結(jié)晶水，所得固體為CuSO4，即570℃灼燒時(shí)應(yīng)該是CuSO4發(fā)生了分解，黑色粉末應(yīng)該為CuO，氧化性氣體則為SO3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

把CuO溶解于稀硫酸中，經(jīng)濃縮、冷卻，有晶體析出，該晶體的化學(xué)式為CuSO4·5H2O，其存在的最高溫度為102℃.

評(píng)注熱重分析類型的計(jì)算題，加熱初期都是分階段的失水，可以按失水反應(yīng)式求解階段產(chǎn)物.失去全部結(jié)晶水后再升溫，即開始分解，可以結(jié)合題給信息分析推理所得產(chǎn)物，寫出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式.

2 離子反應(yīng)順序問題

例2 將足量的CO2不斷通入含有等物質(zhì)的量的KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量與所通入CO2的體積關(guān)系如圖2所示.回答問題：

(1)Oa段反應(yīng)的化學(xué)方程式為____;

(2)bc段反應(yīng)的離子方程式為____;

(3)ab段與cd段消耗的CO2的體積之比為____;

(4)c點(diǎn)與e點(diǎn)橫坐標(biāo)之比為____.

圖2

解析本題主要考查離子反應(yīng)的順序問題，解題的關(guān)鍵是分析出圖像中每一條線段對(duì)應(yīng)的反應(yīng)情況：

2Al(OH)3↓+ K2CO3

由于原溶液中KOH、Ba(OH)2、KAlO2物質(zhì)的量相等，對(duì)比上述化學(xué)方程式可知：

ab段與cd段消耗的CO2的體積之比為1∶1；

c點(diǎn)與e點(diǎn)橫坐標(biāo)之比為4∶7.

評(píng)注混合液中通入CO2的反應(yīng)，一般來講是CO2先和堿反應(yīng)(優(yōu)先生成沉淀)，再依酸性強(qiáng)弱，依次與弱酸鹽反應(yīng).此類題型中常見的弱酸鹽有硅酸鈉、次氯酸鈣、苯酚鈉、偏鋁酸鈉等.

3 分段氧化問題

圖3

A．0～a段：發(fā)生的離子反應(yīng)為：

B．a(chǎn)～b段：參加反應(yīng)的NaHSO3為1.8 mol

C．b～c段：I2既作氧化產(chǎn)物又作還原產(chǎn)物

D．當(dāng)溶液里I-與I2二者物質(zhì)的量之比為5∶1時(shí)，加入的KIO3為1.1 mol

0～b段無I2生成，即0～b點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：

則A項(xiàng)正確；a～b段橫坐標(biāo)為0.6mol，則a～b段參加反應(yīng)的NaHSO3為1.8mol，則B項(xiàng)正確；b～c段發(fā)生反應(yīng)為：

I2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，則C項(xiàng)正確；根據(jù)0～b段發(fā)生的反應(yīng)方程式以及開始加入的NaHSO3的物質(zhì)的量，可知0～b段加入的KIO3為1 mol，產(chǎn)生I-為1mol，假設(shè)后來又加入xmol KIO3，根據(jù)b-c段反應(yīng)，可列出：

得到x=0.05,即當(dāng)溶液中I-與I2的物質(zhì)的量比值為5∶1時(shí)，加入的KIO3為1.05 mol，則D項(xiàng)錯(cuò)誤，即答案為D.

評(píng)注分段氧化問題常涉及到的是有變價(jià)元素的還原劑和氧化劑反應(yīng)時(shí)，根據(jù)加入氧化劑的量，以及氧化性、還原性的強(qiáng)弱關(guān)系寫出反應(yīng)式，根據(jù)方程式中存在的定量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算.

4 有關(guān)鐵與硝酸反應(yīng)的問題

例4 現(xiàn)有稀H2SO4和稀HNO3的混合溶液200 mL，分為等體積的兩份.向第一份混合液中加入Cu粉，最多可溶解9.6 g.再向第二份混合液中加入Fe粉，產(chǎn)生氣體的體積隨加入Fe粉質(zhì)量的變化趨勢(shì)如圖4所示(已知HNO3還原產(chǎn)物只有NO)，下列分析或結(jié)果錯(cuò)誤的是 ( ).

圖4

A．原混合溶液中硝酸的物質(zhì)的量為0.1 mol

B．OA段產(chǎn)生的氣體是NO，AB段離子反應(yīng)為

BC段產(chǎn)生的氣體為H2

C．第二份溶液，最后所得溶質(zhì)為硫酸亞鐵

D．硫酸的物質(zhì)的濃度是2.5 mol/L

解析根據(jù)HNO3和H2SO4的化學(xué)性質(zhì)可知：各段相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)式為：

BC段產(chǎn)生的氣體為H2，最后所得溶液中的溶質(zhì)全是FeSO4，則B、C均正確；在第二份溶液中：因最后得到的溶質(zhì)都是FeSO4，根據(jù)硫原子守恒可得：

則硫酸的物質(zhì)的濃度為：

0.25mol/0.1 L=2.5mol/L

則D項(xiàng)正確，即答案為A.

評(píng)注鐵是高中化學(xué)重點(diǎn)講到的變價(jià)金屬，而硝酸是含有多種還原產(chǎn)物的氧化性酸，二者可以有多種反應(yīng)形式.同時(shí)要注意Fe與Fe3+間的反應(yīng).

5 與Al3+和OH-反應(yīng)有關(guān)的問題

例5 某實(shí)驗(yàn)小組對(duì)一含有Al3+的未知溶液進(jìn)行了如下分析：

(1)滴入少量氫氧化鈉，無明顯變化；

(2)繼續(xù)滴加NaOH溶液，有白色沉淀；

(3)滴入過量的氫氧化鈉，白色沉淀明顯減少.

實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)定量分析，得出如圖5所示沉淀與滴入氫氧化鈉體積的關(guān)系.下列說法錯(cuò)誤的是( ).

圖5

A．該未知溶液中至少含有3種陽離子

B．滴加的NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為5 mol/L

C．若另一種離子為二價(jià)陽離子，則a=10

D．若將最終沉淀過濾、洗滌、灼燒，其質(zhì)量一定為6 g

解析本題中開始加入NaOH溶液時(shí)無沉淀，說明含有H+；根據(jù)沉淀量的變化趨勢(shì)可知，溶液中除了Al3+以外，還含有其它金屬離子，則該未知溶液中至少含有3種陽離子，A項(xiàng)正確；根據(jù)曲線下降段可知：

n[Al(OH)3]=0.20 mol-0.15 mol=0.05mol

溶解Al(OH)3需要NaOH也為0.05mol，對(duì)應(yīng)NaOH溶液體積為

110 mL-100 mL=10mL

則NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為

0.05 mol/0.01 L=5mol/L

則B項(xiàng)正確；若另一種離子為二價(jià)陽離子，含量為0.15mol，沉淀時(shí)消耗NaOH 0.3mol，Al3+沉淀時(shí)消耗NaOH 0.15mol，則兩種金屬離子沉淀時(shí)共消耗NaOH 0.45mol，即90mL,則a=10，則C正確；由于另一種金屬離子未知，故無法計(jì)算最終沉淀過濾、洗滌、灼燒后所得氧化物的質(zhì)量，即D項(xiàng)錯(cuò)誤，答案為D.

評(píng)注與Al3+和OH-反應(yīng)相關(guān)的圖像問題，一般從沉淀減少段入手突破，從而確定出Al3+的量，以及形成Al(OH)3沉淀階段消耗的NaOH的量.

6 中和滴定問題

例6 常溫下，用 0.1000 mol/L NaOH溶液滴定20.00mL、0.1000 mol/L CH3COOH溶液所得滴定曲線如圖6所示.回答問題：

圖6

(1)若點(diǎn)①的縱坐標(biāo)為5，且點(diǎn)①所示溶液中：c(CH3COO-)=1.7c(CH3COOH)，則醋酸的電離常數(shù)為____.

(2)若點(diǎn)③對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為8，計(jì)算CH3COO-的水解常數(shù)Kh____.

解析(1)點(diǎn)①所示溶液中，最初得到等物質(zhì)的量的 CH3COOH和CH3COONa，此時(shí)溶液pH=5，說明CH3COOH的電離大于CH3COO-的水解，因此有

c(CH3COO-)>c(CH3COOH)

若c(CH3COO-)=1.7c(CH3COOH)，根據(jù)醋酸的電離常數(shù)表達(dá)式

Ka=c(CH3COO-)·c(H+)/c(CH3COOH)

可求得Ka=1.7×10-5.

(2)點(diǎn)③所示溶液為恰好中和的狀態(tài)，溶質(zhì)全為CH3COONa，CH3COO-水解方程式為：

CH3COO-的水解常數(shù)

Kh=c(CH3COOH)·c(OH-)/c(CH3COO-)=Kw/Ka=5.9×10-10

評(píng)注有關(guān)滴定過程的計(jì)算，要搞清滴定過程中每一階段所得溶液的組成成分，再結(jié)合電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子(H+)守恒以及電離常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.