關注制約條件 求解化學計算

邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學 068350)

基于化學學科素養的化學計算題常常以化學基本概念和理論、元素化合物等知識為載體，重在考查學生的邏輯思維能力.有些計算題中各個數據之間存在著一定的制約關系，如某幾種反應物的物質的量之和一定，或者兩個量之間的比值為固定值.在解答過程中，要綜合考慮物質間轉化時的內在聯系，在取值上要充分考慮這些制約條件，否則會使計算結果出現較大的偏差或完全相悖的結論.現舉數例并進行淺析.

1 對不同反應物的總量加以制約

可以假設：H2SO4有xmol,HNO3有ymol，則可列出下列式子：

(2x+y)/y=4/1

x+y=0.6

解得：x=0.36,y=0.24

評注對于不同反應物的總量有限制條件時,解題時要綜合考慮,不能只按單一反應計算,否則將得出片面的結果.

2 對反應物間用量的大小關系加以制約

例2在25℃時，將體積為Va、pH為m的稀HNO3與體積為Vb、pH為n的NaOH溶液混合，恰好中和，已知兩溶液的體積關系和pH的關系分別為：Va

(1)m值能否等于3(填“能”或“否”)____，理由為____；

(2)m值能否等于5(填“能”或“否”)____，理由為____；

(3)確定m的取值范圍是____.

解析本題中的第(1)問屬于有關pH的基本概念問題，解答時要注意到m=0.5n這個制約條件，再結合n>7這個隱含條件，便可輕松得出答案；第(2)問則需要進行一定的計算推理，即對考生的要求又上升了一個層次，需要對酸堿中和原理要有更深的理解，而且要掌握中和原理的計算，推理時需要注意到Va

答案：(1)否；若m=3，則n=6，這樣兩種溶液均顯酸性.

(2)否；若m=5，則n=10，則由此可知當酸堿恰好中和時有：Va/Vb=10，則有Va>Vb，這和題中的已知條件相矛盾.

(3)3.5

酸堿恰好中和時：Va×10-a=Vb×10b-14

Va/Vb=10a+b-14=103a-14，由于Va7,m>3.5，最終得出：3.5

評注本題在命題方式上設置了難度層次逐級升高的三個問題，問題內容環環相扣，互相關聯，有了前面的問題作鋪墊，后面的問題便容易解答. 本題需要注意三個制約條件:酸堿用量的體積大小關系、二者的定量關系、隱含的pH取值范圍.

3 對同一反應物的總量加以制約

例3 某溶液中同時含有Fe2+、I-、Br-三種離子，若向該溶液中持續通入氯氣時，溶液中存在的四種微粒(見標號)的物質的量變化趨勢如圖1所示.若a、b之間存在關系為：a=b-5，線段Ⅳ代表某種含氧酸，線段Ⅰ和Ⅳ所代表的物質里均包含有某種相同的元素.下列描述正確的是( ).

圖1

A.線段Ⅱ表示的是Br-的變化趨勢

B.原溶液中FeI2和FeBr2的物質的量之比為3∶1

C.依圖像無法求解a的值

解析根據還原性關系：I->Fe2+>Br-，向混合溶液中通入氯氣后，I-、Fe2+、Br-依次被氧化，相應的離子反應為：

評注本題屬于遞進式氧化還原反應問題，即加入氧化劑的量不同，還原劑被氧化的程度不同.計算時需要依據得失電子守恒確立等量關系.

4 對氣體反應物的總壓加以制約

(1)達到平衡后，反應器左室氣體總的物質的量為____mol；

(2)若要使右室反應開始時v(正)>v(逆)，則x的取值范圍是____；

(3)若要使右室反應開始時v(正)

解析本題屬于化學平衡的計算問題，根據“兩個反應均達到平衡狀態，且使隔板位于反應器的正中間位置”這一已知條件，再結合阿伏加德羅定律分析，本題的制約條件即為：兩側反應達平衡后，兩室氣體的物質的量必然相等！故解題時要依據這一條件進行計算.

開始： 0.5x0.5 0.5

反應： 0.5 2.0 1.0 0.5

平衡： 0 (x-2.0) 1.5 1.0

則有：(x-2.0)+1.5+1.0=3.5

解得：x=3.0

綜上分析：x的取值范圍是：2.0

(3)同理：若開始反應向逆向進行,設反應的程度為零，則x有最大值2，若令0.5molC完全反應,則可求x的最小值為1.5，故x的取值范圍是：1.5

答案:(1)3.5；(2)2.0

評注本題屬于化學平衡的計算問題，審題時要抓住“兩個反應均達到平衡狀態，且使隔板位于反應器的正中間位置”這一制約條件，再根據阿伏加德羅定律確定出等量關系.