课题3　利用化学方程式的简单计算

趣味导入

如果你是一位政府官员，你是不是得计算城市规划需要投入多少?

如果你是一位商业主管，你是不是得计算成本和利润?

如果你是一位司机师傅，你是不是得计算里程和时间?

如果你是一位画家，你是不是得计算比例和大小?

如果你是一位小化学爱好者，你是不是得计算多少反应物能生成多少生成物?

……

那么跟我来吧!让我们马上开始!

智能点拨

例1：我国第一部《室内空气质量标准》于2003年3月1日起实施，其中规定室内空气中甲醛(HCHO)含量不得超过0.1 mg/m3。甲醛的含量可根据下列反应测定;

4 KMnO4+5 HCHO+6H2SO4=2K2SO4+4MnSO4+5CO2+11H2O

现取某装修后的室内空气样品500 mL，用溶质质量分数为1.58×10-8(0.000 001 58%)的高锰酸钾溶液(其中加入适量的硫酸溶液)300 g，与其中的甲醛恰好完全反应。

(1)求500 mL该空气中甲醛的质量。

(2)通过计算说明，该居室内空气中甲醛含量是否符合国家规定的标准。

解：(1)设500 mL该空气中甲醛的质量为x,反应掉的高锰酸钾的质量为：

300×103mg×1.58×10-8=4.74×10-3 mg

4 KMnO4 + 5HCHO + 6H2SO4=2K2SO4+4MnSO4+5CO2+11H2O

4×158 5×30

4.74×10-3mg x

(2)

因为2.25 mg/m3大于0.1 mg/m3，所以超过了国家规定的标准。

答：500 mL该空气中甲醛的质量1.125×10-3 mg.

因为2.25 mg/m3大于0.1 mg/m3，该居室内空气中甲醛含量不符合国家标准。

联系实际：刚装修完的房子，可以采用什么方法除去装修材料释放出来的甲醛?你还有没有其他的方法?

例2：煤是重要的化工原料，用煤作燃料，不仅是极大的浪费，而且因烟煤中含有硫的化合物(FeS2)，燃烧时生成二氧化硫气体造成环境污染。

设某具有30万户人口的中等城市，每户每天烧煤5 kg，这种煤中含FeS25%，燃烧时，设有90%的硫转化为二氧化硫，被排放到大气之中。

硫铁矿燃烧时的反应方程式如下：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2，问：(1)燃烧1 t煤，可产生多少千克二氧化硫?

(2)该中等城市如果全部以煤做燃料，每年将有多少吨二氧化硫排放到大气中?

解析：此题若采用根据化学方程式的常规计算，非常繁琐。但如果运用元素守恒的思想来解题，则简洁明了。不管经历了多少步反应，总之，90%的硫转化为二氧化硫，只要求出二氧化硫中硫元素的质量，即可求出二氧化硫的质量。而这些硫元素全部来自FeS2。所以最终归结到求FeS2的质量。

随堂反馈

1.医疗上颇为流行的“理疗特效热”，就是利用铁缓慢氧化放出的热量均匀、稳定，使患处保持湿热状态，则56 g铁粉完全氧化需要消耗氧气的质量是()

A.16 g B.24 g C.21 g D .32 g

2.1998年6月3日国家环保总局公布的《1997年中国环境状况公报》指出，我国空气污染仍以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘，1997年我国向大气中排放的二氧化硫的总量为2 346 t，产生这些二氧化硫相当于燃烧了 t硫，排放到空气中的二氧化硫随着雨水降落到地面，就形成了酸雨。酸雨的主要成份之一是亚硫酸(H2SO3)，写出二氧化硫和水反应生成亚硫酸的化学方程式。

火眼金睛

1.根据质量守恒定律及2Mg+O2=2MgO的反应方程式，下列各组数据正确的是( )

A.镁的质量2 g，氧气质量3 g，氧化镁质量5 g

B.镁持质量3 g，氧气质量2 g，氧化镁质量5 g

C.镁的质量1 g，氧气质量4 g，氧化镁质量5 g

D.镁的质量4 g，氧气质量1 g，氧化镁质量5 g

2.在反应2X+Y==2Z中，已知Y的相对分子质量为32，Z的相对分子质量为80，则X的相对分子质量为()

A.24 B.48 C.64 D.128

3.镁在空气中燃烧反应如下：2Mg +O2====2MgO 3M+N2==Mg3N2，已知24 g镁在纯氧气中燃烧可得40 g产物，则24 g镁在空气中燃烧可得产物的质量是( )

A.等于40 g B.小于40 g C.大于40 g D.无法确定

4.某二价金属13 g投入足量的稀硫酸中，生成0.4 g氢气，该金属的相对原子质量是( )

A.13 B.26 C.52 D.65

5.将23 g钠、24 g镁分别投入等质量的足量的稀硫酸中，充分反应后得到的溶液质量为a g和b g，则a与b的关系是()

A.a=b B.ab D.无法判断

计算小擂台

6.在实验室里电解1.8 g水，问要标准状况下可制得氢气多少升?(标准状况下氢气的密度为0.0899 g/L)

7.有一种含水的过氧化氢样品10 g，在二氧化锰的催化作用下，完全分解得到3.2 g氧气，试求该样品中过氧化氢的质量分数。

8.A、B、C三种物质各15 g,在一定条件下充分反应后只生成30 g D，若再向残留物中加入10 g A，继续充分反应后，只有C有剩余，则

(1)第一次反应停止后，残留物中A g ,Bg，Cg;

(2)第二次反应中，消耗Ag,消耗Bg,剩余Cg;

(3)该反应中A、B、C三种物质的质量比为。

课外阅读

元素守恒在化学计算中的妙用

初中化学存在着广泛的守恒关系。化学反应前后，元素的质量、种类不变，原子的种类、质量、个数不变，这就从“宏观”和“微观”两个不同的角度说明了质量守恒定律。

在应用守恒思想解题时，要注意巧妙地选择两状态中总值不变的物理量建立等式，不纠缠中间过程，只考虑始终状态，实际上是整体思维的思想在化学中的应用。

例题：某化合物完全燃烧，需要4.8 g氧气，同时只生成4.4 g二氧化碳和2.7 g水，则该化合物中 ( )

A.只含碳、氢元素 B.只含碳、氧元素

C.含碳、氢、氧元素 D.无法确定

解析：从反应后生成的二氧化碳和水可看出，该化合物中一定含有C、H元素(因为化学反应前后，元素种类不变);由二氧化碳和水中氧元素的质量与该化合物完全燃烧所需氧气的质量进行对比，可判断化合物组成中是否含有氧元素(化学反应前后，元素的质量不变)。

中考链接

[郑州]将16 g硫在给定量的氧气中燃烧，有如下实验数据：

给定氧气的质量 生成二氧化硫质量

实验Ⅰ 1.5 g 3.0 g

实验Ⅱ 16 g 32 g

实验Ⅲ 20 g32 g

分析数据回答：

(1)在三次实验中，第 次恰好完全反应;

(2)在第 次实验中氧气有剩余，剩余 g;

(3)第 次实验中硫有剩余，剩余 g。

分析：在实验Ⅰ中，16 g硫在1.5 g氧气中燃烧生成了3.0 g二氧化碳。由数据16 g+1.5 g≠3.0 g，可知：此反应不是恰好完全反应。实验Ⅱ，16 g硫在16 g氧气中燃烧生成了二氧化硫，由数据16 g+16 g=32 g可知，实验Ⅱ是恰好完全反应的。并且参加反应的反应物和生成物的质量比是S:O2:SO2=1:1:2。实验Ⅰ硫和氧气的质量比大于1:1。说明反应物有剩余，剩余的质量为16 g-1.5 g=14.5 g。实验Ⅲ,16 g硫在20 g氧气中燃烧生成了32 g二氧化硫　由数据16 g+20 g≠36 g;说明反应并没有反应完全。实验Ⅲ中硫和氧气的质量比小于1:1，说明氧气有剩余，剩余质量为20 g-16 g=4 g。

答案：(1)Ⅱ(2)Ⅲ　4 g(3)Ⅰ　14.5 g

[河南]“法轮功”邪教组织头目李洪志说， 他发功能是铝发生化学反应，变成铜和金，使铝分子变成铜分子和金分子。请你根据所学知识，指出这种说法违反科学之处。

分析：从化学反应规律来讲，这种说法违反了质量守恒定律，因为根据质量守恒定律，化学反应前后的原子种类(元素种类)不能发生变化，所以铝元素不能通过化学反应变成铜元素和金元素。从物质构成角度来讲，由于金属单质是由原子直接构成的。所以不存在“铝分子、铜分子、金分子”只有“铝原子、铜原子和金原子”。

答案：有两处错误：(1)“铝变成铜、金”违反了质量守恒定律，因为根据质量守定律，化学反应前后的元素的种类是不变的。(2)“铝分子、铜分子、金分子”的说法是因为不懂得金属单质是由原子直接构成的，根本不存在所谓的金属分子。

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化学反应中，反应物和生成物的质量关系

小刚和小洁以“化学反应中，反应物和生成物的质量关系”为课题进行科学探究。请填写以下探究过程中的空格：

[提出假设]化学反应中，反应物和生成物的质量 (1) 。

[确定研究方法]分析推理、查阅资料、实验探究。

[设计并进行实验]小刚设计的实验装置和选用的药品如图A所示，小洁设计的实验装置如图B所示，他们在反应前后都进行了规范的操作、准确的称量和细致的观察。

注意：

A中稀盐酸的主要成份为HCl，石灰石的主要成份是CaCO3

A中发生的反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+2H2O

B中稀硫酸的主要成份为H2SO4，氯化钡溶液的主要成份是BaCl2

B中发生的反应：BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

[实验结论]小刚认为：在化学反应中，生成物的总质量与反应物的总质量不相等。小洁认为：在化学反应中，生成物的总质量与反应物的总质量相等。你认为：(2) 的结论不正确，请你谈谈导致另一种结论错误的原因 (3) 。

[结论分析]请从原子的角度，简要分析你认为正确的结论。

[查阅资料]小刚和小洁通过查阅资料了解到：法国伟大的科学家拉瓦锡，早在18世纪就围绕这个问题，进行了准确、缜密的研究，并作出了科学结论。

[交流表达]简要谈一下，你认为这条科学结论有什么重大意义?(不超过30字)

[结论应用]环保部门常用I2O5测定空气受CO污染的程度，发生反应的化学方程式为：

I2O5+5CO==I2+5X，根据生成X的多少，可以判断CO的含量，X的化学式为 (6) 。

答案：(1)相等(2)小刚(3)因为生成的二氧化碳逸出(4)化学反应前后，原子的种类不变，数目没有增减，质量也不发生变化。(5)化学反应还表示反应物、生成物各物质之间的质量关系，使对化学的研究就由定性化学转向了定量化学。(6)CO2