化學計算中應強化代數意識

化學計算過程，主要是一個化學問題的數學處理過程，即對物質的組成、結構、性質和變化規律的量化過程。不同的問題，需要不同層次的解題能力。各層次能力的形成，知識點及基本解法的訓練固然重要，但在解答具體問題時，代數的思維意識是非常重要的，希望能引起老師和同學們的足夠的重視。

所謂代數意識，是指在解題時，依據有關條件，直接求值，找關系式，由變量之間的關系列方程（或方程組），建立不等式，構造函數表達式然后求解的思維意識。

例題1：為測定硫酸銨和硫酸氫銨的混合物中的質量分數，將不同質量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）。該氣體經干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸的質量，部分測定結果如下：銨鹽質量為10.00克和20.00克時，濃硫酸增加的質量相同；銨鹽質量為30.00克時，濃硫酸增加的質量為0.68克，銨鹽質量為40.00克時，濃硫酸的質量不變。計算該銨鹽中的氮元素的中質量分數。若銨鹽質量為15.00克，濃硫酸增加的質量為多少？（計算結果保留兩位小數）。

解：設10克樣品中含硫酸銨物質的量為xmol；硫酸氫銨物質的量為ymol；NaOH物質的量為amol，10克樣品中根據質量列方程132x+115y=10；投入10克和20克樣品產生的氣體即氨氣使濃硫酸增加的質量相同。經分析由于二者的NaOH溶液一樣，一定是10克樣品投入時NaOH過量產生的氣體用銨根離子而20克樣品投入時是銨根離子過量產生的氣體用氫氧根離子計算。故可以列出方程2x+y=a-2y；投入30克樣品時銨根離子繼續增多，也一定是銨根離子過量，產生氣體用氫氧根離子來計算。可以列出方程a-3y=0.68/17=0.04，

，解方程組，得x=0.02mol；y=0.064mol；a=0.232mol.進而可以求出該銨鹽樣品中氮元素的質量分數為（2x+y）×17÷10=14.56%

若銨鹽樣品質量為15克，則樣品中硫酸銨為0.03mol ，硫酸氫銨為0.096mol ，銨根離子物質的量總共為0.156mol ，而能與銨根離子反應的氫氧根離子為0.232-0.096=0.136mol ，銨根離子過量故產生的氨氣為0.136mol ，濃硫酸增加的質量為0.136×17=2.312克。此題還可以設問氫氧化鈉的物質的量濃度和當加入銨鹽樣品的質量在什么范圍時產生的氨氣為0 ，不妨我們大家一起來根據上面的思路自己考慮如何做出后面的兩個問題。氫氧化鈉溶液的物質的量濃度為0.232/0.05=4.64mol/。設加入的銨鹽樣品中硫酸銨物質的量為b ，硫酸氫銨物質的量為3.2b 時恰好使產生的氨氣為0。因為由上面可以推出硫酸氫銨與硫酸銨的物質的量之比為3.2，根據題意來列方程：0.232–3.2b=0，解方程，得b=0.0725mol，此時樣品的總質量為132×0.0725+115×4×0.0725=36.25克。或者（0.232/0.064）×10=36.25克。故加入的樣品的質量m=0 或 m≥36.25克時產生的氨氣氣體體積為0。

例題2：為了防治環境污染并對尾氣進行綜合利用，某硫酸廠用氨水吸收尾氣中的SO2，再向吸收液中加入濃硫酸，以制取高濃度的SO2及硫酸銨和硫酸氫銨固體。

為測定上述硫酸銨和硫酸氫銨固體混合物的組成，現稱取該樣品四份，分別加入相同的濃度的NaOH溶液各40.00mL，加熱至120℃左右，使氨氣全部逸出（此溫度下銨鹽不分解），測得有關實驗數據如下（標準狀況下）

①實驗過程中有關反應的離子方程式為 ；②由第1組數據直接推測：標準狀況下3.7g樣品進行同樣實驗時，生成的氨氣的體積為 升；③試計算該混合物硫酸銨和硫酸氫銨的物質的量之比為 ；④欲計算該NaOH溶液的物質的量濃度應該選擇第 組數據，由此求得NaOH溶液的物質的量濃度為 ；⑤若在第2組和第3組實驗之間加一組實驗，需加 克樣品時產生的氣體也為1.68L。

解：①實驗過程中有關反應的離子方程式為：NH4++OH-=NH3H2O；H++OH-=H2O；②由第1組數據直接推測：標準狀況下3.7g樣品進行同樣實驗時，由實驗1和實驗2可知樣品增多，產生的氣體也在增多，說明7.4克樣品中銨根離子少，氫氧化鈉過量，故3.7克樣品投入后產生的氣體是7.4克樣品產生氨氣的一半，體積為0.84L.③設7.4克樣品中硫酸銨物質的量為x，硫酸氫銨物質的量為y，由實驗1可知：，解方程組，得x=0.0125，y=0.05；故可以推出硫酸銨與硫酸氫銨的物質的量之比為1 ：4 。④欲計算該NaOH溶液的物質的量濃度，我們來分析一下題目中的幾組數據：若實驗2中堿依然過量的話，那么產生的氣體應該為1.68×2=3.36L。但事實上是2.24L，說明實驗2中銨根離子已經過量。設氫氧化鈉的物質的量為a。實驗2樣品中硫酸銨為0.025mol，硫酸氫銨為0.1mol，銨根離子過量，產生氣體用氫氧根離子計算a–0.1=2.24/22.4.故可以推出a=0.2mol.氫氧化鈉溶液的物質的量濃度為0.2/0.04=5mol/L。同樣也可以用實驗3來計算，實驗3樣品中硫酸銨為0.0375mol，硫酸氫銨為0.15mol，與實驗2比較氣體繼續在減少，肯定銨根離子過量。產生氨氣用氫氧根離子計算：a–0.15=0.05，也可推出氫氧化鈉的物質的量為0.2mol。⑤若在第2組和第3組實驗之間加一組實驗，要使產生的氣體也為1.68L：實驗1中氫氧化鈉過量，產生氣體為1.68L，所加的一組實驗必定是銨根離子過量，產生氣體用堿來計算。設樣品中硫酸銨物質的量為b，則硫酸氫銨的物質的量為4b。由④推出氫氧化鈉的物質的量為0.2mol。列出產生氣體的方程：0.2–4b=0.075，b=0.125/4；樣品總質量：132×0.125/4+115×0.125=18.5克。高中化學教學，計算型習題教學是學生們倍感頭疼的部分，尤其是現在的中學生從小不喜歡計算，導致計算能力較差，而計算能力又是高考選拔學生的一種重要能力，把復雜問題簡單化就需要把代數的思維方式運用到化學計算題當中。熟練掌握了這種方法，學生在高考試題中碰到稍微復雜一點的計算題就能得心應手，游刃有余。