高中化学：学会寻找关系简化化学计算

中学化学中最常见的计算主要分为两个方面：根据化学方程式计算和根据概念公式的计算。

利用概念所确定的各物理量之间关系进行的计算，对广大同学来说并不难。

根据化学方程式的计算，往往易受初中化学学习方法及思路的影响，对化学方程式产生过分的依赖，甚至形成了固定的解题模式：写化学方程式、列比例式、计算结果。殊不知，根据化学方程式列比例式计算时，会增加出现差错的机会。如何才能有效消除化学计算对化学方程式的依赖，努力提高化学计算能力，逐步实现真正意义上的化学计算呢？有效的办法就是积极寻找有关化学变化中量的关系，即对化学方程式进行认真分析研究，找出其中存在的质量关系，物质的量的关系及其他量的关系。

一、寻找化学变化中的物质的质量关系

例1、45g金属铝与足量的稀硫酸反应，可生成氢气多少克？

分析：这是一例典型的根据化学方程式计算的题目，所依据的化学方程式为

。事实上，在众多同学的意识里，已知质量的金属与酸反应，求生成的氢气的质量，都需要根据化学方程式来计算。在这一类化学计算中能否完全消除对化学方程式的依赖呢？答案是肯定的，方法也是简单的。通过分析化学方程式中金属铝与所产生的氢气的质量关系，不难发现：金属与足量的酸反应时，产生1g氢气所耗金属质量在数值上等于该金属的相对原子质量与其化合价的比值。即产生1g氢气所耗铝、镁、锌、钠、钙等的质量分别为9g、12g、32.5g、28g、23g、20g。这样，45g铝与足量稀硫酸反应所产生的氢气的质量则由反应物与生成物质量关系即可简单求出。

解：因为产生1g氢气所耗铝9g，所以，45g铝可以产生氢气5g。

延伸：当然，并不是每一个化学方程式中所存在的质量关系都是有价值的，也不是对每一个化学方程式进行质量关系的寻找都是有意义的，这就要求建立反应物与生成物质量关系要有一定的针对性，下面所建立的有关钠及其化合物间的质量关系是十分有意义的：

（1）40g

与

反应，可分别生成

；

（2）

与水反应均可生成

；

（3）

受热完全分解，质量必减少31g，必生成

；

（4）

与水反应，必生成

，使水溶液增重

，当有足量的水蒸气通过78gNa₂O₂时，必增重2g，同理，有足量的

通过

时，其质量必增加28g。

二、寻找化学变化中有关物质的量的关系

例2、等物质的量的钠、镁、铝与足量的稀硫酸反应，所产生的氢气的物质的量之比为_____________。

分析：此题的常规解法是，分别设定钠、镁、铝的物质的量，再根据化学方程式分别计算出它们各自所产生的氢气的物质的量，然后求出结果。显然，求解过程相当复杂，我们是否也能通过分析化学方程式中量的关系，从对化学方程式的依赖中走出来呢？同样十分简单。以金属铝与足量的硫酸反应为例，根据有关化学方程式不难得出铝与氢气的物质的量的关系为：

，由此可推出具有一般意义的金属与酸反应的物质的量的关系式：

。根据此关系式不难看出：等物质的量的钠、镁、铝所产生的氢气的物质的量之比，实际上就等于三种金属的化合价之比。

答案：1：2：3

总结：化学方程式中化学计量数之比等于各相应的反应物、生成物的物质的量之比，但关键在于要把化学方程式中重要的反应物与生成物的物质的量关系寻找出来，为简化计算所用。下列一组反应物与生成物的物质的量关系相当有价值。

（1）电解饱和

水溶液：

电解，必产生

，必转移

电子，必产生

气体（其中

，

，相当于

，即电解后质量必减少

）。

（2）氧化剂与盐酸反应制氯气：

、

、

与足量的盐酸反应，分别生成氯气

，分别氧化

。

（3）金属与硝酸反应：每转移

，被还原的

，生成的硝酸盐中含

，即化学反应中所消耗的

的物质的量求算关系为：

（金属）

金属化合价

（a为HNO₃与其还原产物中氮元素的化合价的差值）。

三、寻找计算“标准量”

所谓“标准量”，就是受摩尔质量的启发所建立的一种计算关系，即1mol有关物质与相应物质的物理量之间的关系。下面的例题利用标准量来解答，就显得方便多了。

例3、标准状况下，

的混合气体通入足量水中，结果所得溶液较原来增重

，求原混合气体的可能的组成。

解析：此题涉及到两个相关的反应过程：

①

②

按一般的解题步骤，应根据这两个化学方程式分别列式计算，但若事先已经建立了有关的“标准量”，则可直接进行计算。不难看出，

直接与水反应，可使水增重

在足量氧气的参与下，可使水溶液增重

，则有：

（1）当混合气体中

过量时，只发生反应②，则

=

0.4mol，

；

（2）当混合气体中

过量时，反应①②均有发生，即

参加了两个化学反应，已知混合气体的物质的量的和为

，设混合气体中

为

，则与

反应的

为

，则有：

，

。

总结：利用“标准量”计算可以大大简化计算过程，也不再需要对化学方程式产生依赖。化学方程式中可挖掘的“标准量”很多，只要结合有关化学计算题，认真分析化学方程式中存在量的关系，寻找有价值的“标准量”并不难。

四. 寻找其他量的关系

化学反应的过程中，除了存在一些有待挖掘的物质的量关系、质量关系、标准量等，还存在一些很有价值的体积关系、电子转移关系等，这里不妨统称为“守恒关系”，事实证明，有些守恒关系在化学计算中更有价值，更值得我们去研究、去应用。

例4、质量为29g的丁烷，在高温下按以下三种方式发生分解反应：

（1）

；

（2）

；

（3）

且

按上述三种方式分解的比例为5：2：3，则

完全分解后，所得混合气体的平均摩尔质量为___________

。

解析：这道题并不难，但常规计算过程却相当复杂，最后需要套用有关摩尔质量的概念公式进行计算。但认真分析

的分解特点不难发现，无论

按何种方式分解，不同分解方式的比例如何，

总是一分为二。因此，利用反应过程的质量守恒，既然反应前后量不变，反应后物质的量为反应前的2倍，则反应后所得的混合气体的平均摩尔质量为

摩尔质量的一半，即

。