确定物质化学式的方法 化学计算(一)根据化学式计算 一、基础知识 1.化学式:用元素符号来表示物质组成的式子. 2.化学式(分子式)表示的含义: (1)表示该物质的一个分子. (2)表示构成一个分子的各种原子的原子个数. (3)表示一种物质及组成该物质的各种元素. 3.常用的计算关系式(以化合物 AmBn 为例): (1)相对分子质量=A 的相对原子质量×m+B 的相对原子质量×n (2)A 的质量分数 (3)A、B 元素的质量比 (4)A 元素的质量=化合物质量×A 的质量分数 (5)在混合物中,某物质的质量分数(纯度) (杂质不含该元素时) 4.两种物质的质量比等于相对分子质量×分子个数之比. 5.两种元素的原子个数比等于它们的质量比除以相对原子质量之比. 一、配平法 例 1 要使 SO2 与 SO3 有相同质量的氧元素,则 SO2 与 SO3 的分子个数比为( )。 A. 1:1B. 3:2 C. 1:4 D. 6:5 解析:本题中 SO2 与 SO3 含有相同质量的氧元素,根据“元素质量比等于相对原子质量与原子个数乘 积之比”可知,在 SO2 与 SO3 的分子中含有相同个数的氧原子;SO2 与 SO3 分子中氧原子个数 2 与 3 的最 小公倍数为 6,所以我们可以配平为:3SO2 和 2SO3,即 SO2 与 SO3 的分子个数比为 3:2。答案为 B。 二、定“1”法 例 2 下列铁的氧化物中,铁元素的质量分数由高到低排列正确的是()。 A.FeO Fe2O3 Fe3O4 B.Fe2O3 Fe3O4 FeO C.Fe3O4Fe2O3FeO D.FeO Fe3O4 Fe2O3 解析:本题 一、 极端假设 极端假设就是将混合物的组成假设为多种极端情况,并针对各种极端情况进行计算分析,从而得出正 确的判断。 例 1.一定量的木炭在盛有氮气和氧气混合气体的密闭容器中充分燃烧后生成 CO 和 CO2,且测得反应 后所得 CO、CO2、N2 的混合气体中碳元素的质量分数为 24%,则其中氮气的质量分数可能为( ) A.10% B.30% C.50% D.70% 解析:本题采用极端假设法较易求解,把原混合气体分两种情况进行极端假设。 (1)假设混合气体只含 N2 和 CO。设混合气体中 CO 的质量分数为 x,则 12/28=24%/x x=56% ,则混合气体中 N2 的质量分数为:1—56%=44% (2)假设混合气体只含 N2 和 CO2。设混合气体中 CO2 的质量分数为 y,则 12/44=24%/y y=88% ,则混合气体中 N2 的质量分数为:1—88%=12% 由于混合气体实际上由 CO、CO2、N2 三种气体组成,因此混合气体中 N2 的质量分数应在 12%~44%之 间,故符合题意的选项是 B。 二、中值假设 中值假设就是把混合物中某纯净物的量值假设为中间值,以中间值为参照,进行分析、推理,从而巧 妙解题。 例 2.仅含氧化铁(Fe2O3)和氧化亚铁(FeO)的混合物中,铁元素的质量分数为 73.1%,则混合物中氧 化铁的质量分数为( ) A.30% B.40% C.50% D.60% 解析:此题用常规法计算较为复杂。由化学式计算可知:氧化铁中氧元素的质量分数为 70.0%,氧化 亚铁中氧元素的质量分数为约为 77.8%。假设它们在混合物中的质量分数各为 50%,则混合物中铁元 素的质量分数应为: (70.0%+77.8%)/2 =73.9%。题给混合物中铁元素的质量分数为 73.1%<73.9%, 而氧化铁中铁元素的质量分数小于氧化亚铁中铁元素的质量分数,因此混合物中氧化铁的质量分数应 大于 50%,显然只有选项 D 符合题意。 三、等效假设 等效假设就是在不改变纯净物相对分子质量的前提下,通过变换化学式,把复杂混合物的组成假设为 若干个简单、理想的组成,使复杂问题简单化,从而迅速解题。 例 3.已知在 NaHS、NaHSO3 和 MgSO4 组成的混合物中硫元素的质量分数为 a%,则混合物中氧元素的质 量分数为 ____________。 解析:解此类题用常规方法显然不行,必须巧解,把五种元素质量分数的计算转化为只含三种元素质 量分数的计算。由于 Na 和 H 的相对原子质量之和等于 Mg 的相对原子质量,所以可以将“NaH”视为 与“Mg”等效的整体,据此,我们就可以将原混合物假设为由 MgS、MgSO3 和 MgSO4 三种化合物组成。 通过对混合物中各成分的化学式观察可以看出,无论三种纯净物以何种质量比混合,混合物中 Mg、S 的原子个数比固定为 1:1,混合物中 Mg、S 元素的质量比固定为 24:32,因为混合物中硫元素的质 量分数为 a%,则混合物中 Mg 的质量分数为:(24/32)a%=3a%/4,所以混合物中氧元素的质量分数为 1—a%—3a%/4=1-1.75a%。 四、赋值假设 赋值假设就是在有关化学式的无数据计算、以比值形式作已知条件或求比值的问题中,赋予某些特定 对象具体的量值,化抽象为具体,以使问题顺利解决。 例 4.青少年应“珍爱生命,远离毒品”。海洛因是一种常用的毒品,其元素的质量分数分别为:C: 68.29% H:6.23% O:21.68% ,其余为氮。若已知其相对分子质量不超过 400,则一个海洛因分子中氮 原子个数为( ) A.4 B.3 C.2 D.1 解析:本题单纯从元素质量分数的角度出发,却很难找到一条明确的答题思路。依题意可知:海洛因 中氮元素的质量分数为:1-68.29%-6.23%-21.68%=3.8% ,比海洛因中其它元素的质量分数都小, 且氮原子的相对原子质量又较大,因此我们不妨假设一个海洛因分子中氮原子的个数为 1,可计算海 洛因的相对分子质量为:14/3.8%=368<400,恰好符合题意,故一个海洛因分子中氮原子的个数为 1, 此题的答案应选 D. 一、根据化合价确定化学式 例 1:已知元素 R 化合物的化学式为 R n (SO 4 ) m ,那么它与 NO 3 形成化合物的化学式为( A. R n ( NO 3 ) m B. R m ( NO 3 ) n C. R( NO 3 ) 2 m/ n ? ? ) 。 D. R( NO 3 ) 2 n / m 解析:根据化学式 R n (SO 4 ) m 和化合价的原则,得 R 的化合价为+2m/n,且 NO 3 化合价为-1 价, 因此化学式应选 C。 二、利用原子结构特征确定化学式 例 2:A 元素的原子核外有 16 个电子,B 元素的原子最外层有 2 个电子,则 A、B 两元素形成的化合物 的化学式为( ) 。 A.AB B.BA C.B2A D.BA2 解析:A 元素的原子核外有 16 个电子,其最外层有 6 个电子,在化合物中 A 显-2 价,B 元素的原子 最外层有 2 个电子,在化合物中显+2 价,因此 A、B 两元素形成化合物的化学式为 BA,应选 B。 三、利用分子中所含原子数、电子数确定化学式 例 3:某化合物分子中含有 4 个原子、14 个电子,该化合物的化学式为( A. SO 3 B. NH 3 C. C 2 H 2 ) 。 D. CH 4 解析: SO 3 分子中含有 4 个原子,含电子数为:16×1+8×3=40,不合题意; NH3 分子中含有 4 个原子,含电子数为: 7 ? 1 ? 1 ? 3 ? 10 ,不合题意; C 2 H 2 分子中含有 4 个原子,含电子数为: 6 ? 2 ? 1 ? 2 ? 14 ,符合题意; CH 4 分子中含有 5 个原子,不合题意。应选 C。 四、利用元素质量之比确定化学式 例 4:有一种氮的氧化物,氮元素与氧元素的质量之比为 7:4,此化合物的化学式为( A. N 2 O B. NO 2 C. N 2 O 3 D. N 2 O 5 设该化合物的化学式为 N x O y ,则 14x:16y ? 7:4 ,x:y=2:1,答案应选 N 2 O ,即 A。 五、利用元素质量守恒确定化学式 例 5:还原某金属 R 的氧化物 2.32g,可得到金属 1.68g,若已知 R 的相对原子质量为 56,则此金属氧 化物的化学式为( ) 。 A. R 2 O 3 B. R 3 O 4 C. RO 2 D. RO 解析:设 R 氧化物的化学式为 R x O y ,由元素质量守恒可知道氧元素质量为:2.32g-1.68g=0.64g, 因 56x:16y=1.68g:0.64g,则 x:y=3:4,此金属氧化物的化学式为 R 3 O 4 。所以应选 B。 六、利用元素的质量分数确定化学式 例 6:已知锰的一种氧化物中,氧元素质量分数为 50.5%,此氧化物的化学式为( A.MnO B. Mn 2 O 2 C. MnO 2 D. Mn 2 O 7 ) 。 解析: 设化学式为 Mn x O y , 55x: 则 16y=49.5%: 50.5%, 解得 x: y=2: 此氧化物的化学式为 Mn 2 O 7 , 7, 所以应选 D。 七、利用相对分子质量确定化学式 例 7:某化合物由 A、B 两元素组成,其相对分子质量为 44,若 A、B 相对原子质量为 12、16,则该化 合物的化学式为( ) 。 A.AB B. A 2 B C. AB2 D. A 2 B 3 解析: A 和 B 的相对原子质量分别代入各待选化学式中计算, 将 得物质相对分子质量为 44 的只有 AB2 , 所以应选 C。 八、利用元素相对原子质量之比和元素质量之比确定化学式 例 8:X、Y 元素的相对原子质量之比为 3:4,在 X、Y 形成的化合物中,X 与 Y 的质量之比为 3:8, 则该化合物的化学式为( ) 。 A.XY B. XY2 C. X 2 Y D. X 2 Y3 解析:设化合物的化学式为 X m Yn ,X 元素的相对原子质量为 3a,Y 元素的相对原子质量为 4a,有 3am:4an=3:8,则 m:n=1:2。所以化学式为 XY2 ,应选 B。 三、利用分子中所含原子数、电子数确定化学式 例:某碳氢化合物分子中含有 4 个原子,14 个电子,则此分子式为 A.CH4 B.C2H4 C.C2H6 D.C2H2 解:设碳氢化合物分子式为 CxHy,根据题意列方程组: 解之 x=2 分子式为 C2H2 y=2 应选(D) 四、利用原子结构特征确定化学式 例:A 元素的原子最外层有 7 个电子,B 元素的原子核外有 12 个电子,则 AB 两元素形成化合物的化学式为 [ ]。 A.AB B.AB2 C.BA2 D.B2A 解:选(C) 五、利用化合价规则确定化学式 例:A 元素的化合价为 n,B 元素的化合价为 m,A 和 B 化合后的物质的分子式可能是 A.AB B.AmBn C.AnBm D.Am+nBm+n 解:选(B) 六、利用化学方程式来确定化学式 例:反应 2XY+Y2=2Z 中的 Z 的化学式应为 [ ] A.XY B.XY2 C.XY3 D.XY4 解:选(B) 七、利用化学式、元素质量分数确定另一化学式 例:由 X 和 Y 两种元素组成的化合物 A 和 B,A 中含 X44%,B 中含 X34.4%,已知 A 的化学式为 XY2,则 B 的 化学式为 [ ] A.XY B.X2Y C.X2Y2 D.XY3 解:设 B 的化学式为 XmYn 对 A:X/2Y=44%∶56% 即 X/Y=11/7 ① 选(D) [ ] 对 B∶nX/nY=34.3%∶65.6% ② 八、利用元素质量确定化学式 将①式代入②式后得 m/n=1/3 例:还原某金属 R 的氧化物 2.32g,可得到金属 1.68g,若已知该金属的相对原子质量为 56,则此金属氧 化物的化学式为 A.R2O3 B.R3O4 C.RO2 D.4O 解:设化学式为 RxOy 氧的质量=2.32-1.68=0.64(g) 56x/16y=1.68/0.64 即 x/y=3/4 应选(B) 九、利用相对分子质量、相对原子质量确定化学式 例:元素 R 的氧化物相对分子质量为 64,已知 R 的相对原子质量为 32,则此氧化物化学式为 B.RO2 C.RO3 D.R2O 解:选(B) 巧解有关化学式的计算 题 1、下列物质中铁元素的质量分数最高的是( A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 A.RO ) D.Fe2(SO4)3 解析:将 Fe 的原子个数定为 1,把各式变形 ,观察判断。 A .FeO B. FeO3/2 C .FeO4/3 D .Fe(SO4)3/2 ) 练习:下列物质中 N 质量分数最大的是( A .NH4HCO3 B.(NH4)2SO4 C. NH4NO3 D.CO(NH2)2 解析:将 N 的原子个数定为 1,把各式变形,观察判断。 A.N2H10CO6 B. N2H8SO4 C. N2H4O3 D. N2H4CO 题 2、含下列杂质的氧化铁粉末,测知其含氧 32.5%,这种杂质可能 是 A.CuO B.Cu C.Fe D.SiO2 解析:计算 Fe2O3 中 O 的质量分数=16×3/160×100%=30% 比较 32.5%>30%,判断 选择 O 的质量 分数>32.5%。 化学式计算的解题技巧 关于化学式的计算是初中同学学习化学后接触的第一类重要计算,也是初中化学计算三种基本类型(关于 化学式的计算、关于溶液的计算、关于化学方程式的计算)之一。教材上列出的关于化学式计算的基本类 型有三种:类型一、根据化学式求式量;类型二、根据化学式求化合物中各元素的质量比;类型三、根据 化学式求某元素的质量分数对于这三类基本题型,同学们只要正确理解元素符号和化学式的含义,规范书 写解题步骤,掌握起来并不困难。而对于教材中未列举的题型和一些计算型的选择题则常彩下列特殊方法 来化难为易、化繁为简。 一、逆向思维 化为基本题型 例 1 在氮的一种氧化物中氮元素与氧元素的质量比为 7∶20,则该氧化物的化学式可能是 (A.)N2O (B)N2O3 (C)NO2 (D)N2O5 分析:若逆向思维,则已知化学式,求各元素质量比,即类型二。可设该氧化物的化学式为 NxOy。 14x∶16y=7∶20,解得,x∶y=2∶5。解:选(D)。 例 2. 实验室分析某氮的氧化物,已知其中氮元素的质量分数为 36.83%,则正确表示这种氮的氧化物的化 学式是 (A)NO2 (B)NO (C)N2O5 (D)N2O3 分析:若逆向思维,则化为类型三,即已知化学式,求某元素质量分数。因此可设化学式为 NxOy。 二、稍加增补 靠拢基本题型 例 3.用杂质的质量分数为 30%的赤铁矿(主要成份为 Fe2O3,杂质不含铁)炼铁,若日产 120t 铁(假设为 纯净的铁),理论上每天至少消耗赤铁矿多少吨? 分析:求 Fe2O3 中铁元素质量分数是基本题型。在此基础上只需要再理解两点(1)Fe2O3 的质量和铁元素 质量分数相乘即得铁元素质 (2)本题中所给的赤铁矿不纯,必须先打折扣,才成为纯 Fe2O3 质量。 解:设每天消耗赤铁矿的质量为 x。 解之 三、巧作引申 x=244.9t 理清比例关系 ) 例 4 当氨肥硝酸铵[NH4NO3]和尿素[CO(NH2)2]所含氮元素质量相同时,它们的质量比是( (A)1∶1 (B)8∶3 (C)4∶3 (D)2∶3 分析:若所含氮元素质量相同,则所含氮原子个数相同。根据化学式,NH4NO3 与 CO(NH2)2 中若所含氮原 子个数比为 1∶1,则它们的分子个数之比也为 1∶1,因此它们的质量比即式量比。解:选(C)。 四、巧算估算 节省解题时间 ( ) 例 5、下列物质中铁元素的质量分数最高的是 (A)FeO (B)Fe2O3 (C)Fe3O4 (D)FeS 分析:FeS 中 S 元素的相对原子质量为 32,恰为氧的 2 倍,即可将它看作 FeO2,这样四个先项的差别便在 于 Fe 与 O 的原子个数之比不同,比值越大,则 Fe 元素质量分数越大,(A)为 1∶1,(B)为 2∶3,(C) 为 3∶4,(D)为 1∶2。解:选(A)。 例 6、R、X 两元素形成多种化合物在 RX 中 R 元素的质量分数为 49.7%,则下列化合物中 R 元素质量分数大 于 43%的是 (A)RX2 (B)R2X3 (C)R2X (D)R2X5 分析:R、X 两元素的原子个数之比越大,R 元素的质量分数越大。RX 中,R 与 X 原子个数之比为 1∶1, (A) 中为 1∶2,(B)中为 2∶3,(C)中为 2∶1,(D)中为 2∶5。(C)为最大,R2X 中 R 元素质量分数必 大于 49.7%,当然也就大于 43%。但也可能存在 R 元素质量分数介于 43%与 49.7%之间的符合题意的选项, 此时可将 49.7%近似处理成 50% 五、极端假设 判断混合物的组成 例 7、一包氯化铵(NH4Cl)化肥中,混入了少量某种其它化肥,此包氯化铵化肥中的含氮量为 27.5%,则入 的化肥可能是 (A)CO(NH2)2 (B)(NH4)2SO4 (C)NH4HCO3 (D)KNO3 分析:先假设此包化肥为纯的氯化铵,则其中氮元素的质量分数为 26.2%<27.5%,那么混入的杂质中氮元 素的质量分数应大于 27.5%。解:选(A)。 例.8.某硝酸铵样品中可能混有一种其他氮肥,经分析该样品中含有 36%的氮元素,那么该样品可能混有的氮 肥是__D___ A. NH4HCO3 B. (NH4)2SO4 C. NH4Cl D. CO(NH2)2 ) 题 1、下列物质中铁元素的质量分数最高的是( A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe2(SO4)3 解析:将 Fe 的原子个数定为 1,把各式变形 ,观察判断。 A .FeO B. FeO3/2 C .FeO4/3 D .Fe(SO4)3/2 ) 练习:下列物质中 N 质量分数最大的是( A .NH4HCO3 B.(NH4)2SO4 C. NH4NO3 D.CO(NH2)2 解析:将 N 的原子个数定为 1,把各式变形,观察判断。 A.N2H10CO6 B. N2H8SO4 C. N2H4O3 D. N2H4CO ) 题 2、 含下列杂质的氧化铁粉末, 测知其含氧 32.5%, 这种杂质可能是 ( A.CuO B.Cu C.Fe D.SiO2 解析:计算 Fe2O3 中 O 的质量分数=16×3/160×100%=30% 分数>32.5%。 练习:含下列物质的硝酸铵,测知含 N40%,则含有( ) A. NH4HCO3 解析:计算 B. (NH4)2SO4 C.NH4Cl D .CO(NH2)2 比较 32.5%>30%,判断 选择 O 的质量 NH4NO3 中 N 的质量分数=35%, 比较 40%>35%,判断 选择 N 的质量分数>40%。 题型 3、含 S、O 元素的某气体,测知 O 的质量分数 60%,则气体的可能组成 (1) (2) O2 100% SO2 50% (3) SO3 60% SO2 O2。 ) 。 解析:一知道气体可能 二计算ω (O) 三组合(多与少)(1)SO3、(2)O2 和 SO2、(3) SO3 练习:含有 C、O 两种元素的某混合气体中,经测定 C 元素的质量分数为 30%,则该混合物中( A.一定有 O2 B.一定有 CO C.一定有 CO2 D.一定有 CO、CO2 解析:含有 C、O 两种元素的某混合气体的成分可能有 C 的质量分数 比较 30% 所以选 B。 O2 0 小 CO 43% 大 CO2 27% 小 题 4、由 Na2SO4、Na2SO3、Na2S 物质组成的混合物中,测得氧元素的质量分数为 22%,则钠元素 的质量分数为( ) A.无法确定 B.23% C.46% D.32.6% 解析:已知 O,求 Na。 观察化学式,找 O 与 Na 原子个数关系 ①二者没有直接关系, ②间接的,混合物中除 O 即为 “Na2S”,建立 Na 与“Na2S”的关系; 在关系式里用相对量计算 2Na——“Na2S” 2×23 23×2+32 x 1-22% x=46% 练习:1 、CO2 与 CO 的混合气体中,若测得含 C36%,求 CO2 的质量分数 解析:两种物质,且含两种相同元素,已知 C,求 CO2. 解法一:设物质质量分数计算元素质量分数。 设 CO2 为 x%,则 CO 为 1-x%,所以有: x%(12/44×100%)+(1-x%)(12/28×100%)=36%,解得 x%=44%. 解法二:建立元素原子与物质分子的关系式。CO2 拆分为 CO-O,则 C—“CO”、“O”—CO2。先 求“CO”、“O”,再求 CO2: C——“CO”、 12 28 36% 84% “O”——CO2 16 44 1-84% x x=44% 2、由氧气和二氧化硫组成的混合气,其氧元素的质量分数为 60%,则该混合气体中氧气与二氧化硫 的质量比为 。 解析:观察 O2 SO2,已知 O,求 O2 与 SO2 的质量比。 由已知 O 60%可知 S 为 40%,S——SO2, 32 64 40% x X=80%,所以 O2 与 SO2,的质量比=20%\ufe3080%=1\ufe304。 3、相同质量的 CO 和 CO2 中,碳元素的质量比为( A.1:1 B.7:11 C.11:7 ) D.14:11 解析:在化学式中考虑相对分子质量,由质量关系转化为分子个数关系, 11CO ——7CO2 11×28 7×44 所以相同质量的 CO 和 CO2 中,碳元素的质量比为 11\ufe307,选 C。 题 5、由红磷(P)、氧化铜(CuO)、氧化亚铜(Cu2O)组成的混合物中,测得 Cu 的质量分数为 64%,则混 合物中红磷(P)的质量分数可能为 ( ) A.16% B.76% C.26% D.36% 解析:观察 P CuO Cu2O,不能建立 Cu 与 P 或 O 或 CuO 或 Cu2O 的确定关系,但 Cu 组成两种成分, 因此通过讨论这两种成分的质量,确定 P 的质量范围,即讨论法: ①当 Cu 全部组成 CuO 时,CuO 为 64%/80%=80%,P 的质量分数最小:1-80%=20%; 大: 1-72%=28%; 所以选 C。 也可以用关系式求 CuO 、Cu2O : Cu——CuO 2Cu——Cu2O 64 80 128 64% x=80% 64% y=72% ②当 Cu 全部组成 Cu2O 时,Cu2O 为 64%/(112/144×100%)=72%, P 的质量分数最 144 练习:镁在空气中燃烧,可以与 O2、N2 发生反应,生成 MgO、Mg3N2。现有 7.2 g 镁在空气中完全燃烧, 产物的质量可能是( ) A.10g B.11g C.12g D.13g 解析:观察化学式,假定一个镁原子,化学式变形,判断相对量:生成 MgO 时,质量大、生成 Mg3N2 时, 质量小,所以产物质量介于二者之间,计算可知选 B。 Mg——MgO——1/3Mg3N2 24 40 100/3 7.2 g 12 g 10g