例談化學計算題的類型及解題方法

江蘇 季宗寶

2019年化學計算在全國卷Ⅰ、全國卷Ⅱ、全國卷Ⅲ、北京卷、天津卷、江蘇卷的高考試卷上都有出現，是高考化學中必考的題型之一，分值一般在2～4分，常常與化學實驗、元素化合物、電化學、化學平衡等知識等結合進行考查。對于化學計算很多學生感覺很難，有時候直接放棄，其實大可不必，只要認真讀題，了解題目類型，掌握解題方法，再稍加練習鞏固，定能茅塞頓開。下面我就通過近幾年高考化學試卷中常考的計算類型，了解命題的規律，掌握解題的方法套路，從而提高自己的得分，提升自己的化學核心素養。

一、計算題題型分析

從歷年的高考試題分析中可以發現，化學計算特別喜歡在化學實驗題中進行考查，化學實驗題中的計算題題型主要有以下幾個方面：

1.晶體化學式的計算

2.熱重曲線分析的計算

3.測定樣品中含量的計算

4.計算產品的產率或回收率

5.氧化還原滴定等

近三年全國卷對化學實驗題中計算的考查內容進行統計如下

核心考查內容年份及地區含量、純度、質量分數的計算2017年全國卷Ⅰ26題;2017年全國卷Ⅱ26題;2018年全國卷Ⅱ28題;2018年全國卷Ⅲ26題;2019年全國卷Ⅰ10題;2019年全國卷Ⅱ26題化學式的計算2019年全國卷Ⅰ27題產率、轉化率、回收率的計算2017年全國卷Ⅲ27題;2019年全國卷Ⅲ27題物質濃度、物質的量、質量、結晶水數目等計算2018年全國卷Ⅰ27題;2017年全國卷Ⅱ28題

二、解題方法

縱觀全國各地的高考試題主要集中在有關純度、質量分數的計算，其方法主要以關系式為中心，并結合守恒法，包括質量守恒、元素守恒、電子得失守恒等穿插在一起進行分析解題。下面先來談談關系式法的應用。

1.含義：關系式法主要表示兩種或多種物質之間物質的量關系的一種簡化式子。多步反應中，直接把始態反應物與終態生成物之間用比例關系表示出來，把多步計算簡化成一步計算，更加清晰明了。這種根據關系式確定數量關系進行化學計算的方法稱為關系式法。

2.優點：關系式法的優點在于不需寫出所有的化學方程式，只需通過關系式得出反應物和生成物之間的比例關系，從而使計算化繁為簡、化難為易、減少誤差，而且已知數與未知數各有固定的位置，層次清楚，有助于打開解題思路。

3.特點：關系式法可適用于一步反應，更適用于多步反應，即上一步反應的產物為下一步反應的反應物的反應，絕大多數可以用關系式法解決。

三、典例解析

1.晶體化學式的計算

【例1】(2019年全國卷Ⅰ·27題節選)硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下：

回答下列問題：

(5)采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結晶水數，將樣品加熱到150℃時，失掉1.5個結晶水，失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學式為____________________。

【答案】NH4Fe(SO4)2·12H2O

【點評】對于結晶水合物化學式的計算，重在利用質量守恒，依據公式計算即可。

2.產率、轉化率類的計算

【例2】(2017年全國卷Ⅲ·27題節選)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示：

回答下列問題：

(5)某工廠用m1kg鉻鐵礦粉(含Cr2O340%)制備K2Cr2O7，最終得到產品m2kg，產率為________。

【解析】本題可以利用元素守恒結合關系式法解題，由Cr元素守恒可得：

Cr2O3～ K2Cr2O7

152 294

m1×40% kgm

【例3】(2019年全國卷Ⅲ·27題節選)乙酰水楊酸(阿司匹林)是目前常用藥物之一。實驗室通過水楊酸進行乙酰化制備阿司匹林的一種方法如下：

水楊酸 醋酸酐 乙酰水楊酸

實驗過程：

在100 mL錐形瓶中加入水楊酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分搖動使固體完全溶解。緩慢滴加0.5 mL濃硫酸后加熱，維持瓶內溫度在70℃左右，充分反應。稍冷后進行如下操作：

①在不斷攪拌下將反應后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固體，過濾。

②所得結晶粗品加入50 mL飽和碳酸氫鈉溶液，溶解、過濾。

③濾液用濃鹽酸酸化后冷卻、過濾得固體。

④固體經純化得白色的乙酰水楊酸晶體5.4 g。

回答下列問題：

(6)本實驗的產率是________%。

【答案】60

【解析】(6)水楊酸分子式為C7H6O3，乙酰水楊酸分子式為C9H8O4，根據關系式法計算得：

C7H6O3～ C9H8O4

138 180

6.9 gm

【點評】從以上二題可以看出產率的計算有強化的趨勢，并遷移到有機試題里，有的同學不認真讀題，感覺很難，就放棄了，其實只要抓住元素守恒利用關系式法即可輕松解題。

3.含量類的計算

有關含量類計算的公式：

含量類計算通常是利用滴定來完成的，滴定的方式主要有以下三種：直接滴定法、返滴定法和間接滴定法。解題時要讀清題目，分清種類，細心解答即可。

(1)直接滴定法：用標準溶液直接滴定被測物質的一種方法，直接滴定法是滴定分析方法中最常用、最基本的方法，如【例4】。

(2)返滴定法：指的是先準確地加入一定量過量的標準溶液，與試液中的被測物質或固體式樣進行反應，待反應完成后，再用另一種標準溶液滴定剩余的標準溶液，如【例5】的碘量法。

(3)間接滴定法：指有些物質不能與滴定劑直接進行化學反應，但可以通過別的化學反應間接測定，如【例6】高錳酸鉀法測定鈣的含量。

【例4】(2018年全國卷Ⅰ·27題節選)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛。回答下列問題：

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時，取50.00 mL葡萄酒樣品，用0.010 00 mol·L-1的碘標準液滴定至終點，消耗10.00 mL。滴定反應的離子方程式為____________________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為________g·L-1(以SO2計)。

【例5】(2019·全國卷Ⅱ·26題節選)立德粉ZnS·BaSO4(也稱鋅鋇白)，是一種常用白色顏料。回答下列問題：

2 mol 1 mol 1 mol 1 mol

0.1V×10-3moln1molnmoln2mol

【點評】本題難度不大，主要是要求學生讀清題目，了解碘量法的原理，再利用關系式法，找準關系即可完成計算。

【例6】(2017年全國卷Ⅱ·26題節選)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示：

回答下列問題：

【答案】45.0%

n(KMnO4)=0.050 0 mol/L×36.00×10-3mL=1.80×10-3mol

n(Ca2+)=4.50×10-3mol

故水泥中鈣的質量分數為

【點評】本題難度較大，考查的知識點較綜合，一是以氧化還原反應利用得失電子守恒進行配平為載體，二是了解間接滴定法的原理，如本題中鈣的質量分數求法，先把草酸鈣轉化成草酸，然后對草酸進行滴定，三是利用關系式法，找準關系從而完成計算。

總之，學生考試時，有時不需要寫出所有的方程式，只要根據元素守恒及得失電子守恒即可找到相關物質的關系式，從而快速、準確地解題。此外對近年滴定類求含量的試題也進行了分類整理，同學們只要認真揣摩，一定會有很大的啟發。