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  4. 燃料的利用和新能源的开发 化学反应方程式的计算质量守恒定律

2002年1月12日,几位民工在我省某市近郊区打井,打到19m深后,井里突然冒出一股无色无味的气体c经胶管导出,该气体点火能燃烧.经该市液化气公司技术人员检验,该气体不是泄漏

一、题文

2002年1月12日,几位民工在我省某市近郊区打井,打到19m深后,井里突然冒出一股无色无味的气体c经胶管导出,该气体点火能燃烧.经该市液化气公司技术人员检验,该气体不是泄漏的液化气.
假设该气体是沼气或天然气.
(1)请你设计实验证明该气体含有哪些元素.
(2)如果井旁的一户居民想用该气体来生火做饭,如果他家原来的灶是用于烧水煤气(水煤气为H2和CO的混合气)的,请你帮他改进原来的灶.正确的改进措施是:加大______入口,减小______入口.

考点提示:燃料的利用和新能源的开发 ,化学反应方程式的计算,质量守恒定律

二、答案

(1)假设该气体是沼气或天然气.
把待检验的气体经导气胶管导出,点燃,用干燥的冷烧杯罩在火焰上方,烧杯内壁有小液滴出现,证明该气体含H;燃烧一定时间后向烧杯中注入澄清的石灰水,振荡,杯内石灰水变浑浊,证明该气体含C.
(2)一氧化碳、氢气、甲烷燃烧的化学方程式是:2CO+O2
 点燃 
.
 
2CO2;2H2+O2
 点燃 
.
 
2H2O;CH4+202
 点燃 
.
 
2H20+CO2
可知:燃气燃烧时,一氧化碳、氢气和氧气的分子个数比都是2:1,而天然气燃烧时甲烷与氧气的分子个数比为1:2,根据气体分子数与其体积成正比,可得知相同体积的一氧化碳或氢气和甲烷完全燃烧,甲烷需要更多的氧气,所以加大空气入口,减小燃气入口.
故答案为:空气; 燃料气.

三、考点梳理

知名教师分析,《2002年1月12日,几位民工在我省某市近郊区打井,打到19m深后,井里突然冒出一股无色无味的气体c经胶管导出,该气体点火能燃烧.经该市液化气公司技术人员检验,该气体不是泄漏》这道题主要考你对 燃料的利用和新能源的开发 化学反应方程式的计算质量守恒定律 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:燃料的利用和新能源的开发 ,化学反应方程式的计算,质量守恒定律

考点名称:燃料的利用和新能源的开发
  • 新能源:
         在合理开发、综合利用化石能源的同时,积极开发氢能、核能.太阳能、生物质能(沼气)、风能、水能、地热能、潮汐能等新型能源,以应对能源危机,减轻环境污染,促进社全可持续发展.
  • 几种常见的新能源: 
    (1)车用乙醇汽油
    将乙醇液体中含有的水进一步除去,再添加适量的变性剂可形成变性燃料乙醇,将其与汽油以一定的比例混合形成乙醇汽油。酒精中不含氮、硫等元素,因此它完全燃烧后排放的尾气中污染物少,有利于保护环境,所以乙醇汽油是较清浩的能源。掺有10%乙醇的汽油燃烧可使CO排放量减少30%,碳氢化合物排放量减少10%,这种燃料不仅可以节省石油资源和有效地减少汽车尾气的污染,还可以促进农业生产。目前在我国的一城市正在逐步推广使用乙醇汽油。

    (2)氢能
    ①氢气作为未来理想能源的优点
    a.氢气的来源广泛,可以由水制得。
    b.氢气燃烧的热值比化石燃料高(如下图).大约是汽油热值的二倍。
    c.最突出的优点是燃烧产物是水,不污染环境因此氢能源具有广阔的开发前景。
    ②氢气的性质
    a.氢气的物理性质:通常情况下,氢气是无色、无味的气体,难溶于水,密度是0.089g/L,比空气密度小,是最轻的气体。
    b.氢气的化学性质:氢气的可燃性:纯净的氢气在空气中能安静地燃烧,这个反应的化学方程式为2H2+O22H2O,现象为:产生淡监色火焰,放山热量氢气的还原性:氢气在加热条下,能跟某些金属氧化物反应,夺取金属氧化物中的O,因此,氢气具有还原性,即能使金属的氧化物失去O而还原为金属,氢气是一种重要的还原剂。
    如氢气还原氧化铜:H2+CuOCu+H2O
    现象:黑色固体粉末逐渐变为红色,试管内壁有水珠产生。
    ③氢能源的开发
    a. 电解水的方法:消耗电量太多,成本高,不经济,不能大规模地制取氢气。
    b. 理想的制氢方法:寻找合适的光分解催化剂,使水在太阳光的照射下分解产生氢气、
    ④氢气的储存:由于氢气是一种易燃易爆的气体,难液化,储存和运输不方便也不安全。如何储存氢气是氢能源开发研究的又一关键问题。目前,人们发现某些金属合金如Ti—Fe、Ti—Mn、La—Ni等具有储氢功能。其中La—Ni合金在常温、0.152MPa下就能放出氢气,已用于氢能汽车和燃料电池中氢气的储存,新型储氢型合金材料的研制和实际应用对氢能源开发具有重要意义

    (3)生物质能
    指太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽用之不竭,是一种可再生能源。通常包括木材,森林废弃物,农业废弃物,水生植物,油料植物,工业有机废弃物,动物粪便等。具有可再生性、低污染性、分布广泛、总量丰富等特性。
    ①沼气是有机物质在厌氧条件下经过微生物发酵而生成的一种可燃性气体,其主要成分是CH4。
    ②沼气的制取
    把秸秆、杂草、人类粪便等废弃物放在密闭的沼气池中发酵,就可以产生甲烷。如图:

    ③发展沼气的意义:解决农村生活的燃料问题,提高农家肥的肥效。减少污染物的排放,保护环境。

    (4)其他的新能源
    随着社会对能量的需求量越来越大,化学反应提供的能量已经不能满足人类的需求。目前,人们正在开发和利用的新能源有太阳能、核能、风能、水能、地热能和潮汐能等。
    ①太阳能:地球上最根本的能源是太阳能。太阳能的利用一是通过集热器进行光热转换,如太阳能热水器.二是通过光电池直接转化为电能,如太阳能电池
    ②核能:来源于原子核的变化,这类变化叫核反应。核反应过程中由于原子核的变化,而伴随着巨大的能量变化,所以核能也叫原子能。
    ③风能:利用风力进行发电、扬帆助航等技术,也是一种可以再生的清洁能源
    ④地热能:地壳深处的温度比地面高得多,利用地下热量也时进行发电
    ⑤海洋能:在地球与长阳、月亮等的相互作用下海水不停地运动。站在海滩上,可以看到滚滚海浪,在其中蕴藏着潮汐能、波浪能、温差能,这些能量总称海洋能。

  • 沼气与天然气的区别:
    沼气和天然气的主要成分一样,都是CH4,但沼气并不是天然气。天然气是化石能源,属于不可再生能源,沼气是可再生能源。

    节能:
    (1)解决人类能源短缺的途径
    ①节约能源;
    ②开发利用新能源,

    (2)节约能源的途径
    ①充分燃烧燃料:如使煤粉碎或气化后燃烧;
    ②充分利用热能:如综合利用;
    ③变废物为能源:如沼气。

    (3)节能标志

    中国节能标志由“energy”的第一个字母e构成一个圆形图案,中间包含了一个变形的汉字“节”.寓意为 “节能”。缺口的外圆又构成“China”的第1个字母 “C”.“节”的上半部分简化成一段古长城的形状,与下半部构成一个烽火台的图案,一起象征着中国。“节” 的下部又是“能”的汉语拼音第1个字母“N”,整个图案中包含了中英文,有利于与国际接轨。
  • 可燃冰:
       可燃冰是甲烷水合物,外观像冰。它由甲烷分子和水分子组成,还含有少量二氧化碳等其他气体。可燃冰在低温高压条件下形成,1体积可燃冰可储载100 一200倍体积的甲烷气体,具有能量高、热值大等优点。目前发现的可燃冰储量大约是化石燃料总和的2 倍,它将成为替代化石燃料的新能源。但是,可燃冰埋藏于海底的岩石中,目前开采在技术上还存在很大困难。如果在开采时甲烷气体大量泄漏到大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。

    燃料电池:

        燃料电池是一种化学电池,它将物质发生化学反应时释放出的能量直接转变为电能。燃料电池与普通化学电池不一样,它工作时需要外界连续地向其供给燃料和氧化剂。正是由于它是把燃料进行化学反应释放出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池-- 燃料电池在结构上与蓄电池相似,由正极、负极和电解液组成.两极多是由钦、镍等惰性微孔材料制成,它们确利于气体燃料及空气或氧气通过,但不参与化学反应。以氢氧燃料电池为例,电池工作时,从负极将氢气输送进去,从正极将氧气输送进去,氢气和氧气在电池内部发生电化学反应,使燃料的化学能转变为电能。除了氢气,甲烷、煤气等也可作为燃料电池的燃料。目前。已研制成功铝空气燃料电池,它是用纯铝作负极,空气作正极,铝空气电池可以代替汽油提供汽车动力,这种电池还能用于收音机、照明设备、野营炊具、野外作业工具等。燃料电池具有能量转化率高,对环境污染小,工作时安静且无机械磨损等许多优点,在汽车、通信等许多方面得到了应用。

    氢能源循环体系:
         下图是一种最理想的氧能源循环体系,太阳能和水是用之不竭的,而且价格低廉。极需研究的是寻找合适的光分解催化剂,它能在光照下使水的分解速率加快。当然,氢发电机的反应器和燃料电池也是需要研究的领域。实现这一良性循环.将使人类可以各取所需地消耗电能。


    太阳能的利用方式:
    日前太阳能的利用方式是光热转换和光电转换两种方式。
    (1)光热转换方式
    太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的,集热器也就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成,封装存玻璃钢外壳中。铜片只是导热体,进行光热转化的是吸热涂层,这是特殊的有机高分子化合物。封装材料也很讲究,既要有高透光率,又要有良好的绝热性:随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同,终端使用温岌较低的在200℃以下,可供生活热水、取暖等;中等温在存200~800℃之间,可供烹调、工业用热等;高温的可达800℃以上。可以供发电站使用。20世纪70年代石油危机之后,这类热水器曾有蓬勃发展,特别是在美国、以色列、日本、澳人利亚等国家,安装家用太阳能热水器的件它很多 (1()%~35%)。20世纪80年在美国已建成若干示范性的太阳能热发电站,用特殊的抛物面反光镜聚集热量获得高温蒸汽送到发电机进行发电。

    (2)光电转换方式
    太阳能也可通过光电池直接变成电能,这就是太阳能电池。其具有安全可靠、无噪、无污染、:不需燃料、无需架设输电网、规模可大叫可小等优点,但需要占用较大的面积。因此比较适合阳光充足的边远地区的农牧民或边防部队使用。已有使用价值的光电池种类不少.如多晶硅(Si蜥)、单晶硅(掺入少量硼、砷)、碲化镉 (cdTe)、础化铜钢(culnSe)等都是制造光电池的半导体材料,它们能吸收光子使电子定向流动而形成电流光电池应用范围很广,大的可用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统,小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等,这些产品已有广大市场。

    有关能源的几种常见概念:
    (1)一级和二级能源
    一级能源是直接开采或直接被利用的能源.如煤、石油、天然气、水能等
    二级能源是由一级能源转化产生的能源,如水电、火电、酒精等汽油、柴油等石油产品都是由石油分馏产生的,因此属于二级能源

    (2)绿色能源和清洁能源
    绿色能是指对环境无影或影响很小的能源:如:电能、光能、潮汐能、氢能等
    清洁能源是指使用时不产生污染环境的物质,但产物排放过多会对环境有影响的能源,如乙醇、甲烷等燃料燃烧产生的CO2,空气中CO2过多会产生温室效应

    (3)可再生能源和不可再生能源
    通过大自燃的循环可不断转化的能源称为可再生能源。如水能、氢能、乙醇等,要通过几百万年才能形成的能源、用一点少一点,这样的能源称为不可再生能源.如化石燃料

    (4)化学能、物理能、核能
    化学能:通过化学反应中获得的能量,如化石燃料和其他燃料燃烧产生的能量。
    物理能:不通过化学反应直接获得的能量.如水能、地热能、潮汐能、风能。
    核能:通过原子核变化获得的能量,如原子弹、氢弹爆炸释放的能量,核反应堆中产生的能量。
考点名称:化学反应方程式的计算
  • 利用化学方程式的简单计算:
    1. 理论依据:所有化学反应均遵循质量守恒定律,根据化学方程式计算的理论依据是质量守恒定律。

    2. 基本依据
          根据化学方程式计算的基本依据是化学方程式中各反应物、生成物之间的质量比为定值。而在化学方程式中各物质的质量比在数值上等于各物质的相对分子质量与其化学计量数的乘积之比。例如:镁燃烧的化学方程式为 2Mg+O22MgO,其中各物质的质量之比为,m(Mg):m (O2):n(MgO)=48:32:80=3:2:5。
  • 有关化学方程式的计算:
    1. 含杂质的计算,在实际生产和实验中绝对纯净的物质是不存在的,因此解题时把不纯的反应物换算成纯净物后才能进行化学方程式的计算,而计算出的纯净物也要换算成实际生产和实验中的不纯物。这些辅助性计算可根据有关公式进行即可。

    2. 代入化学方程式中进行计算的相关量(通常指质量;必须需纯净的(不包括未参加反应的质量)。若是气体体积需换算成质量,若为不纯物质或者溶液,应先换算成纯物质的质量或溶液中溶质的质量。
    (1)气体密度(g/L)=
    (2)纯度=×100%=×100%=1-杂质的质量分数
    (3)纯净物的质量=混合物的质量×纯度

    综合计算:
    1. 综合计算题的常见类型
    (1)将溶液的相关计算与化学方程式的相关计算结合在一起的综合计算。
    (2)将图像、图表、表格、实验探究与化学方程式相结合的综合计算

    2. 综合计算题的解题过程一般如下:


    综合型计算题是初中化学计算题中的重点、难点。这种题类型复杂,知识点多,阅读信息量大,思维过程复杂,要求学生有较高的分析应用能力和较强的文字表达能力。它考查的不仅是有关化学式、化学方程式、溶解度、溶质质量分数的有关知识,也是考察基本概念、原理及元素化合物的有关知识。综合计算相对对准度较大,但只要较好地掌握基本类型的计算,再加以认真审题,理清头绪,把握关系,步步相扣,就能将问题顺利解决。
    3.溶质质量分数与化学方程式相结合的综合计算
           溶质质量分数与化学方程式相结合的综合计算题,问题情景比较复杂。解题时,应首先明确溶液中的溶质是什么,溶质的质量可通过化学方程式计算得出,其次应明确所求溶液的质量如何计算,最后运用公式汁算出溶液的溶质质量分数。
          解题的关键是掌握生成溶液质量的计算方法:生成溶液的质量=反应前各物质的质量总和一难溶性杂质(反应的混有的且不参加反应的)的质量一生成物中非溶液(生成的沉淀或气体)的质量。
    (1)固体与液体反应后有关溶质质量分数的计算于固体与液体发生反应,求反应后溶液中溶质的质量分数,首先要明确生成溶液中的溶质是什么,其次再通过化学反应计算溶质质量是多少(有时溶质质量由几个部分组成),最后分析各量间的关系,求出溶液总质量,再运用公式计算出反应后溶液中溶质的质量分数。
    对于反应所得溶液的质量有两种求法:
    ①溶液组成法:溶液质节=溶质质量+溶剂质量,其中溶质一定是溶解的,溶剂水根据不同的题目通常有两种情况:原溶液中的水;化学反应生成的水。
    ②质量守恒法:溶液质量=进入液体的固体质量(包括由于反应进入和直接溶入的)+液体质量-生成不溶物的质量-生成气体的质量。

    (2)对于液体与液体的反应,一般是酸碱、盐之间发生复分解反应,求反应后溶液中溶质的质量分数。此类计算与固体和液体反应后的计算类似,自先应明确生成溶液中的溶质是什么,其次再通过化学应应计算溶质质量是多少(往往溶质质量由几个部分组成),最后分析各量间的关系、求出溶液总质量再运用公式计算出反应后溶液中溶质的质量分数此类反应发生后,溶液质量也有两种求法:
    ①溶液组成法(同上)。
    ②质量守恒法:溶液质量=所有液体质量之和-生成沉淀的质量-生成气体的质量。

    4. 图像、表格、实验探究与化学方程式相结合的综合计算
        在近几年中考题出现了以图像,表格为载体的化学计算题这类题的特点是利用数学方法将化学实验数据进行处理和表达,常常以坐标曲线、图像、表格等形式将解题信息呈现。解答此类题目时,受求学生能够对图像,表格进行科学分析从中获取有用信息并结合化学知识将有用信息,应用到解决实际问题中
    (1)图像与化学方程式结台的综合计算
    图像型计算题是常见的题型是坐标曲线题,其特点是借助数学方法中的坐标图,把多个元素对体系变化的影响用曲线图直观表示出来。
        坐标系中的曲线图不仅能表示化学反应,还能较好地反映化学变化的过程,读图时,要善于从曲线图中捕捉到“三点”,(起点,拐点,终点),并分析其含义。特别是要重点了解拐点表示对应两种物质一定恰好完全反应,这是此类题的关键。

    (2)表格与化学方程式结合的综合计算
    这类题往往给出一组或多组数据或条件,通过对表格中数据或条件的分析,对比,解答有关问题或进行计算。
    策略:要通过仔细阅读,探究表格中各组数据之间内在的规律,努力从“变”中找“不变”,及时发现规律之中的矛盾点,从“不变”中找“变”,进而分析矛盾的根源,解决问题。

    (3)实验探究与化学方程式相结合的综合计算
    做实验探究的综合计算题时,学生应将化学计算与化学实验紧密结合,在对实验原理,实验数据进行分析理解的基础上,理出解题思路,在解题过程中要特别注意实验数据与物质(或元素)质量间的关系,解题的关键是理清思路,找出正确有用数据,认真做好每一步计算。

    5. 化学方程式计算中的天平平衡问题:
         化学计算中有关天平平衡问题的计算一般指眨应前灭平已处于平衡状态,当托盘两边烧杯中加入物质后,引起烧杯内物质净增量的变化,从而确定天平能否仍处于平衡的状态。解此类题目必须理顺以下关系:烧杯内物质净增质量=加入物质质量一放出气体质量;当左边净增质量=右边净增质量时,天平仍处于平衡状念;当左边净增质量>右边净增质量时,天半指针向左偏转;当左边净增质量<右边净增质量时,天平指针向有偏转。

    6. 化学方程式计算的技巧与方法:
    (1)差量法(差值法)
        化学反应都必须遵循质量守恒定律,此定律是根据化学方程式进行计算的依据。但有的化学反应在遵循质量守恒定律的州时,会出现固体、液体、气体质量在化学反应前后有所改变的现象,根据该变化的差值与化学方程式中反应物、生成物的质量成正比,可求出化学反应中反应物或生成物的质量,这一方法叫差量法。此法解题的关键是分析物质变化的原因及规律,建立差量与所求量之间的对应关系。如:

    2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2
    反应后固体质量减小,其差值为生成氧气的质量
    ②H2+金属氧化物金属+水,该变化中固体质量减少量为生成水中氧元素的质量(或金属氧化物中氧元素的质量)
    ③CO+金属氧化物金属+CO2,该变化中固体质量减少量为气体质量的增加量。
    ④C+金属氧化物金属+CO2,反应后固体质量减小,其差值为生成的二氧化碳的质量。
    ⑤2H2+O22H2O,反应后气体质量减小,其减小值为生成水的质量。
    ⑥金属+酸→盐+H2,该变化中金属质量减小,溶液质量增加,其增加值等于参加反应的金属质量与生成氢气质量的差值。
    ⑦金属+盐→盐+金属,该变化中金属质量若增加,溶液的质量则减小,否则相反。其差值等于参加反应的金属质量与生成的金属质量的差值。
    ⑧难溶性碱金属氧化物+水,该变化中固体质量减小,其差值为生成的水的质量
    例:为了测定某些磁铁矿中四氧化三铁的质量,甲、乙两组同学根据磁铁矿与一氧化碳反应的原理,分别利用两种方法测定了磁铁矿中四氧化三铁的质量分数,已知磁铁矿与一氧化碳反应的化学方程式如下:Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
    (1)甲组同学取该磁铁矿10g与足量的一氧化碳充分反应,并将产生的气体通入足量的氢氧化钠溶液中,溶液的质量增加了5.5g,请你根据甲组同学的实验数据,计算出磁铁矿样品中四氧化三铁的质量分数。
    (2)乙组同学取该磁铁矿样品10g与足量的一氧化碳充分反应,测得反应后固体物质的质量为8g,请你根据乙组同学的实验数据,计算出磁铁矿样品中四氧化三铁的质量分数。
    解析:(1)甲组同学的实验中被氢氧化钠溶液吸收的是CO还原Fe3O4生成的CO2,由5.5gCO2的质量作为已知条件,根据方程式可计算出Fe3O4的质量
    (2)乙组同学的实验中10g样品被CO充分还原后剩余8g固体,减少的质量为Fe3O4中氧元素的质量,利用产生的差量即可求出Fe3O4的质量。也可以根据题中杂质不参加反应来建立等量关系,求出Fe3O4的质量。
    答案:(1)Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
          232        176
          x         5.5g
    232/x=176/5.5g
    解得x=7.25g
    样品中Fe3O4的质量分数为7.25g/10g×100%=72.5%
    答:样品中Fe3O4的质量分数为72.5%
    (2)设样品中Fe3O4的质量分数为x
    Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 △m
    232     168   232-168=64
    x           10g-8g=2g
    232:64=x:2g
    x=7.25g
    样品中Fe3O4的质量分数为7.25g/10g×100%=72.5%
    答:样品中Fe3O4的质量分数为72.5%

    (2)关系式法
    关系式法就是根据化学式、化学方程式和溶质质量分数等概念所包含的各种比例关系,找出已知量与未知量之间的比例关系式直接列比例式进行计算的方法。关系式法有如下两种类型. (1)纵向关系式
    经过多步的连续反应,即后一反应的反应物为前一反应的生成物,采用“加合”,将多步运算转化为一步计算
    (2)横向关系式
    ①几种不同物质中含相同的量,根据该量将几种不同物质直接联系起来进行运算
    ②有多个平行的化学反应即多个反应的生成物有一种相同,根据这一相同的生成物,找出有关物质的关系式,依此关系式进行计算可建华运算过程。
    关系式法抓住已知量与未知量之间的内在关系,建立关系式,化繁为简,减少计算误差,是化学计算常用方法之一。
    例:碳酸氢钠(NaHCO3)俗称小苏打,是一种白色固体,是焙制糕点的发酵粉的主要成分之一,它能与稀硫酸等酸反应生成CO2,试回答:
    (1)写出NaHCO3与稀硫酸反应的化学方程式
    (2)如何用98%的硫酸(密度为1.84g/mL)配制980g18.4%的硫酸溶液?
    (3)现将45gNaHCO3(混有KHCO3)固体粉末加入100mL稀硫酸,恰好完全反应后是气体全部逸出,固体粉末的质量与产生CO2的体积的关系如图(该状况下,CO2的密度为2g/L)所示,计算:

    ①求100mL稀硫酸中硫酸的质量
    ②若稀硫酸为120mL时,加入固体粉末为58.5g,求产生CO2的体积。
    解析:
    (1)书写化学方程式时注意化学方程式的配平和“↑”的书写
    (2)设配制980g18.4%的硫酸溶液需98%的硫酸(密度为t.84g/mL)的体积为x,则: x×1.84g/ml×98%=980g×18.4%,x=100mL,需水的质量为:980g-100ml×1.84g/mL=796g;配制过程中应注意一定要把浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌
    (3)由图像可以看出,45g固体粉爪与100ml稀硫酸恰好完全反应生成CO211L, 11LCO2的质量为l1L×2g/L=22g,根据CO2的质量可计算出100mL稀硫酸中硫酸的质量:由100mL 稀硫酸能与45g固体粉末完全反应,可计算出120mL 稀硫酸能与54g固体粉未完全反应,而加入的固体粉末为58.5g,则固体粉末有剩余,稀硫酸完全反应生成CO2气体11L,则120mL稀硫酸与54g固体粉末完全反应生成二氧化碳的体积为:
    答案:(1)2NaHCO3+H2SO4==Na2SO4+2CO2↑+2H2O
    (2)将100ml98%的H2SO4沿着烧杯内壁慢慢倒入796ml水中,同时用玻璃棒不断搅拌。
    (3)解:①45g固体完全反应时生成CO2的质量m(CO2)=11L×2g/L=22g
    设硫酸溶液中H2SO4的质量为x
    由(1)得H2SO4——2CO2
         98    88
         x     22g
    x=(98×22g)/88=24.5g
    ②设与120mL稀H2SO4完全反应的固体粉末的质量为y
    100mL/120mL=45g/y
    y=54g<58.5g
    所以固体粉末过量,以硫酸的量进行计算:
    V(CO2)=(11L×120mL)/100mL=13.2L
    答:100mL稀硫酸中硫酸的质量为24.5g,产生的CO2的体积为13.2L。

    (3)平均值法
         混合物中确定各组分的有关计算是初中化学计算中难度较大的一种题型.如混合物中各组分均能与某一物质反应且得到的产物中有同一种物质或混合物中各组成成分均含有同一种元素,要确定其成分的有天计算可用平均值法求解。解答此类题的关键是要先找出混合物中各成分的平均值(如平均二价相对原子质节、平均相对分子质量、平均质量、平均质量分数等),此平均值总是介于组分中对应值的最大值与最小值之间。利用这些平均值解题的方法叫做平均值法。下面分类进行讨论:
    (1)平均二价相对原子质量法
       由金属单质组成的混合物,要判断混合物的组成或计算某一成分的质量,利用平均二价相对原子质量法计算较为快捷、准确。解题时先设该混合物为一种纯净的二价金属,利用化学方程式或其他方法求出平均二价相对原子质量,混合物各组分中一种金属的二价相对原子质量小于半均二价相对原子质量,则另一种金属的二价相对原子质量必须大于平均二价相对原子子质量,据此求出正确答案。
    二价相对原子质量=×2
    如:Na的二价相对原子质量=×2=46
    Mg的二价相对原子质量=×2=24
    Al的二价相对原子质量=×2=18
    设一种二价金属R的质量为m,其二价相对原子质量为M,与足量稀硫酸反应产生H2的质量为x
    R+H2SO4==RSO4+H2
    M                             2
    m                             x
    解得:x=m/M×2
    即金属与足量稀硫酸反应,生成H2的质量与该金属质量成正比,与该金属二价相对原子质量成反比,若像Cu等金属与稀硫酸不反应,即产生的H2的质量为零。
    注意:①二价相对原子质量和相对原子质量有本质区别,前者为一假设值。
    ②Cu、Ag等不与稀硫酸或稀盐酸发生置换反应的金属产生H2质量为0。
    ⑧金属与足量稀硫酸或稀盐酸反应产生氢气的质量为:
    ④制取一定量的氢气需要金属的质量为:
    例:小明同学用6.5g不纯的锌与足量稀盐酸完全反应,收集到H2的质量为0.205g,已知其中含有另一种金属杂质,这种金属杂质不可能是()
    A.铁B.铝C.铜D.镁
    解析:由题意可知,两种金属混合物6.5g与足量的稀盐酸反应生成了0.205g氢气,则混合物的二价相对原子质量为(6.5/0.205)×2=63.4,。已知Zn、Fe、Al、Cu、Mg五种金属的二价相对原子质量分别为65,56,18,∞(无穷大),24,混合物中含有Zn,则另一种金属的二价相对原子质量不能大于63.4,所以这种金属杂质不可能是Cu。

    (2)相对分子质量平均值法
    由化合物组成的混合物,要判断混合物中各物质是否存在或计算某成分的质量,可用相对分子质量平均值法解题。解题时根据化学方程式和其他方法求出平均相对分子质量,混合物中一种物质的相对分子质量如果大于平均相对分子质量,则另一种物质的相对分子质量必小于平均相对分子质量,据此可求出正确答案。

    (3)质量平均值法
    利用混合物中平均质量解题方法。

    (4)质量分数平均值法
    混合物中某元素的质量分数总是介于混合物中一种成分该元素的质量分数与另一种成分中该元素的质量分数之间,据此可确定混合物的组成。
    4. 守恒法
    化学变化中等量关系的简历,有一条很重要的定律——质量守恒定律,即参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。在实际应用中,上述定律演绎为:a化学反应前后,物质发生变化生成新物质,但组成物质的元素种类不变,质量不变;b化学反应前后,分子本身发生变化,而分子的数目虽然有的改变,但原子的种类,数目不变。该定律反映出化学反应中的一些等量关系,是解化学试题的思路之一。利用化学反应前后某些量之间的等量关系,推理得出正确答案的方法称为守恒法。仔细挖题目中隐含的等量关系是守恒法解题的关键。下面分类进行讨论:
    (1)质量守恒法
    ①发宁前后反应物与生成物质量守恒
    ②溶液混合或稀释前后,溶质总质量守恒
    ③化学反应中某些元素的质量守恒

    (2)电荷守恒法
    溶液中阴、阳离子个数不一定相等,但正负电荷总数相等。

    (3)比例守恒法
    利用试题中潜在的某些量之间的比例恒定不变的原理来解题的一种方法。
    例:某二价金属M的氧化物10g与90g稀硫酸恰好完全反应后,形成无色透明溶液,测得反应后溶液中溶质的质量分数为30%,请计算(结果保留一位小数):
    (1)该金属M的相对原子质量和上述新硫酸中溶质的质量分数
    (2)反应后溶液中氢元素与氧元素的质量比
    解题:(1)由质量守恒定律可知,反应后溶液中溶质质量为100g×30%=30g
    设金属M的相对原子质量为M,稀硫酸中H2SO4的质量为x
    MO + H2SO4== MSO4 + H2O
    M+16    98    M+96
    10g    x     30g
    M+16):(M+96)=10g:30g
    解得M=24,可知M为镁元素
    98:40=x:10g
    x=24.5g
    硫酸溶液中溶质的质量分数为:24.5g/90g×100%=27.2%
    (2)反应后溶液中MgSO4的质量为30g,则水的质量为70g,氢元素的质量即水中氢元素的质量,氧元素的质量是水与硫酸镁中氧元素的质量和
    氢元素与氧元素的质量比为:
    (70g×):(70g×+30g×)=35:352

    5. 假设量法
    在所给题目中缺少实例,无数据,仅有字母或仅有比值,在解答该类题设未知数之前,先假设一个题目中缺少的关键量为假设量,即一个已知量,补充解题的条件。然后,此假设量可参与整个化学计算,使计算过程简单,清晰。但该假设的已知量只帮助解题,不会影响最终结果,这种解题方法叫假设量法。具体有两种类型:
    假设用具体的物质代替题目中抽象或不定的物质来解题。
    ②假设一具体数据代替题目中未知数据来解题。
    a. 题目中给出化学反应前后某两种物质的等量关系(已知条件),求混合物中各组分间的质量比—找等量设为假设量。
    b. 题目中给出某种物质的质量分数(已知条件),求另一种物质的质量分数—找条件中给出的质量分数所对应的物质质量为假设量
    例:已知完全中和一定量的某盐酸,需100g80%的氢氧化钾溶液,若改用100g80%的氢氧化钠溶液,则反应后溶液的pH()
    A.大于7B.小于7C.等于7D.无法确定
    解析:设题目中盐酸溶液中溶质的质量为36.5g,需要NaOH、KOH的质量分别为x和y
    NaOH+HCl==NaCl+H2O
    40  36.5
    x   36.5g
    40/x=36.5/36.5g
    x=40g
    KOH+HCl==KCl+H2O
    56 36.5
    y  36.5
    y=56g
    若用含56gNaOH的溶液与含36.5gHCl的盐酸反应,则NaOH过量,溶液pH>7,选A。

    6. 比较法
    解题时对题目给定的已知条件或数据,结合有关知识进行全面,仔细地分析,比较,然后确定正确答案。此法解计算型选择题时可避免对各备选答案一一进行计算。运用该法解题时有如下情况:
    (1)分类比较:按被选择对象的某些特点,先分类后比较选择

    (2)计算比较:解题时先做简单计算,然后比较化学式,相对分子质量或分子中某一相同原子的个数,最后选择。

    (3)转化问题比较:解题之前将所求问题转化为直观问题来比较选择答案。

    (4)排列比较:将被选择答案按某种顺序排列后,再分析比较选择答案。
    例:铅蓄电池中需要一定质量分数的硫酸溶液,现将50%的硫酸溶液(密度为d1g/ml)与10%的硫酸溶液(密度为d2g/ml)按体积比1:1混合,已知d1>d2,所得溶液的质量分数()
    A.大于30%B.等于30%C.等于60%D.小于30%
    解析:当两种同溶质的溶液混合时,以m1g a%的溶液和m2g b%的溶液混合为例,且a>b。
    当m1>m2时,混合后溶质质量分数大于(a%+b%)/2
    当m1=m2时,混合后溶质质量分数=(a%+b%)/2
    当m1<m2时,混合后溶质质量分数<(a%+b%)/2
    从题意分析知,由d1>d2,则等体积的两种溶液,50%的H2SO4溶液质量大,则混合后溶质质量分数>(50%+10%)/2=30%

  • 要明确解题思路解题时的一般思路:
    (1)先找出题中涉及的化学反应,并正确书写化学方程式。
    (2)找出题中所提供的数据与化学方程式中各物质的直接或间接关系。
    (3)确定哪些数据能直接代入化学方程式。如果所给数据与化学方程式中各物质的关系仅仅是间接关系,那必须分析清楚该数据是通过什么“中介”与各物质产生联系的,然后再列出相应的比例式。

    根据化学方程式计算的步骤具体的计算步骤如下:
    (1)设未知量,求什么设什么。
    (2)正确完整地写出相应的化学方程式。
    (3)根据化学方程式写出各物质的相对分子(或原子)质量总和,标在相应的化学式下面。把题中的已知条件和待求未知址写在相应物质的相对分子(或原子) 质量总和的下面。
    (4)列比例式。
    (5)求解。
    (6)简明地写出答案。

    应注意的问题:
    (1)解题时首先要认真审题、理清思路、确定解题方法、严格按解题步骤求解。
    (2)化学方程式所表示的反应物、生成物的质量关系是进行化学计算的基础,在化学方程式中各物质的化学式一定要书写正确,一定要配平化学方程式或关系式中某元素原子的数目一定要相等,相对分子质量的计算一定要准确。
    (3)化学方程式所表明的各物质均指纯净物,参加计算的各物质的质量也必须是纯净物的质量。如果求纯净物的质量需进行换算,换算方法:纯净物的质量= 物质总质量×该物质的质量分数(即纯度)。
    (4)对题目中所给的“适最”“足量”“过量”“恰好反应”“完全反应”“充分反应”等词语,要认真对待,正确理解一般来说:“适量”—两种(或多种)反应物之间按一定量比恰好反应。 “足量”—一种反应物完全反应,无剩余;另一种反应物可能完全反应,也可能过量。 “过量”—完全反应后,有一种(或多种)反应物剩余。 “恰好反应”和“完全反应”—完全反应,反应物无剩余。 “充分反应”和“反应完全”—同“足量"。
    (5)用化学方程式计算时解题格式要规范。

    利用化学方程式计算的几种类型:

    (1)已知某反应物或生成物的质量,求另一种反应物或生成物的质量。
    (2)有关含杂质的物质质量间的计算。
    (3)根据化学方程式进行计算的含有体积、密度与质量间换算的有关计算。
    (4)关于过量问题的计算。
    (5)多步反应的计算。
    (6)其他类型的计算。

    计算时常见的错误:

    (1)不认真审题,答非所问;
    (2)元素符号或化学式写错;
    (3)化学方程式没有配平;
    (4)相对分子质量计算错误;
    (5)没有统一单位;
    (6)把不纯物质当成纯净物质计算。

    化学方程式计算中的几个误区:
    (1)化学方程式不正确就计算,这是最严重的问题。
    (2)把含杂质的质量直接应用在化学方程式计算中,或把体积直接代入化学方程式。
    (4)解题格式不规范,设的未知缺与求的量不同,相对分子质量计算错误,
    (5)计算不准确,不按题目要求写化学方程式(方程式应用不当)。
    (6)体积、质量、密度之间的关系问题及单位问题弄错等。

    化学方程式计算中的“三个三”:
    在解题时要把握好“三个要领”、抓住“三个关键”、注意“三个事项”,即:
    三个要领:(1)步骤要完整;(2)格式要规范; (3)结果要准确。
    三个关键:(1)准确书写化学式;(2)化学方程式要配平;(3)计算质量比要准确。
    三个事项:(1)单位统一;(2)用纯量进行计算; (3)若是体积要换算成质量。
考点名称:质量守恒定律
  • 质量守恒定律的概念及对概念的理解:
    (1)概念:参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。这个规律就叫做质量守恒定律。

    (2)对概念的理解:
    ①质量守恒定律只适用于化学反应,不能用于物理变化例如,将2g水加热变成2g水蒸气,这一变化前后质量虽然相等,但这是物理变化,不能说它遵守质量守恒定律。
    ②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒,如对反应物和生成物均是气体的反应来说,反应前后的总质量守恒,但是其体积却不一定守恒。
    ③质量守恒定律中的第一个“质量”二字,是指“参加”化学反应的反应物的质量,不是所有反应物质量的任意简单相加。
    例如,2g氢气与8g氧气在点燃的条件下,并非生成10g水,而是1g氢气与8g氧气参加反应,生成9g水
    ④很多化学反应中有气体或沉淀生成,因此“生成的各物质质量总和”包括了固态、液态和气态三种状态的物质,不能把生成的特别是逸散到空气中的气态物质计算在“总质量”之外而误认为化学反应不遵循质量守恒定律
  • 质量守恒定律的微观实质:
    (1)化学反应的实质在化学反应过程中,参加反应的各物质(反应物) 的原子,重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:


    (2)质量守恒的原因在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变,所以,反应前后的质量总和必然相等。例如,水通电分解生成氢气和氧气,从微观角度看:当水分子分解时,生成氢原子和氧原子,每两个氢原子结合成一个氢分子,每两个氧原子结合成一个氧分子。

     
  • 质量守恒定律的延伸和拓展理解:

    质量守恒定律要抓住“六个不变”,“两个一定变”“两个可能变”。
    六个不变宏观反应前后的总质量不变
    元素的种类不变
    元素的质量不变
    微观原子的种类不变
    原子的数目不变
    原子的质量不变
    两个一定变物质的种类一定变
    构成物质的分子种类一定变
    两个可能变分子的总数可能变
    元素的化合价可能变

    如从水电解的微观示意图能得出的信息:
    ①在化学反应中,分子可以分成原子,原子又重新组合成新的分子;
    ②一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,或一个氧分子由两个氧原子构成、一个氧分子由两个氢原子构成。或氢气、氧气是单质,水是化合物
    ③原子是化学变化中的最小粒子。
    ④水是由氢、氧两种元素组成的。
    ⑤在化学反应,氧元素的种类不变。
    ⑥在化学反应中,原子的种类、数目不变。
    ⑦参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
  • 质量守恒定律的发现:
    1. 早在300多年前,化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年,英国化学家波义耳(RobertBoyle, 1627-1691)在一个敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。

    2. 1756年,俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里锻烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里物质的总质量,在锻烧前后并没有发生变化。经过反复实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。

    3. 1774年,法国化学家拉瓦锡用精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是:参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

    4. 后来.人们用先进的测址仪器做了大量精度极高的实验,确认拉瓦易的结论是正确的。从此,质量守恒定律被人们所认识。

    质量守恒定律的应用:
    (1)解释问题
    ①解释化学反应的本质—生成新物质,不能产生新元素(揭示伪科学的谎言问题)。
    ②解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某反应物或生成物。

    (2)确定反应物或生成物的质量
    确定反应物或生成物的质量时首先要遵循参加反应的各种物质的质量总量等于生成的各种物质的质量总和;其次各种物质的质量比等于相对分子质量与化学计量数的乘积之比。

    (3)确定物质的元素组成
    理解在化学反应前后,元素的种类不发生改变。可通过计算确定具体的元素质量。

    (4)确定反应物或生成物的化学式
    比较反应前后各种原子个数的多少,找出原子个数的差异。但不能忘记化学式前的化学计量数。

    (5)确定某物质的相对分子质量(或相对原子质量)
    运用质量守恒定律确定某物质的相对分子质量 (或相对原子质量)时,首先寻找两种已知质量的物质,再根据化学方程式中各物质间的质量成正比即可计算得出。注意观察物质化学式前面的化学计量数。

    (6)确定化学反应的类型
    判定反应的类型,首先根据质量守恒定律判断反应物、生成物的种类和质量(从数值上看,反应物质量减少,生成物质最增加)。如果是微观示意图,要对比观察减少的粒子和增加的粒子的种类和数目再进行判断。

    (7)判断化学方程式是否正确
    根据质量守恒定律判断化学方程式的对与否关键是看等号两边的原子总数是否相等,同时注意化学式书写是否有误。

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