浅谈化学计算中数据的分析与处理　　

黑龙江省宾县第一中学　刘成宝　　

对数据的分析和处理是解析化学计算题的关键环节。对试题所给数据的分析处理过程能够体现学生对化学基础知识掌握的熟练程度和学生的分析、判断、推理、归纳、总结的能力。对计算题中的数据的分析处理主要有两种类型：一类是多数据计算题。即试题所给数据较多，需要结合物质的性质或反应的具体情况对试题所给数据进行分析处理，筛选出解题所必需的数据或数据组合，克服干忧数据的影响，或对所给数据进行分析处理后明确数据的变化规律，结合物质的结构、性质进行解题。另一类是缺数据计算题。即试题所给数据较少，缺少解决问题的必备条件，需结合物质性质或反应的具体情况进一步挖掘试题中所隐含的解题信息，或需进行条件的补充完成解题，或为讨论型试题。　　

一、多数据试题　　

1.明确数据的有效性　　

例1.实验室用氢气还原mg氧化铜，当大部分固体变红时，停止加热，冷却后，称得残留固体质量为ng，共用去氢气为wg，此时生成水的质量为(　　)　　

A.　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(m－n)g       B.　 　　　(m－n)g        C.　 　　　wg            D.9wg　　

解析：用氢气还原氧化铜时，为防止硬质试管内氢气与氧气在加热时反应而发生爆炸，应在加热前通氢气排除试管内的空气。在反应结束时为防止生成的铜重新被氧化，应待铜冷却后再停止通氢气。因此共用去的wg氢气并不是都与氧化铜反应。因此正确答案只为B项，D项由于对具体的实验过程考虑不全面而易错认为是正确答案。　　

例2.充分锻烧黄铁矿wg，反应完全后，冷却到室温，称得固体的质量是mg，生成二氧化硫vL，则黄铁矿中FeS₂的含量是(假设矿石中的杂质受热不分解，也不含与二氧化硫反应的物质) (　　)　　

A.　 　　　×100%      B.　 　　　×100%   C.　 　　　×100%      D.　 　　　×100%　　

解析：依据原子守恒和运用差量法，学生很容易得出答案为A、D。但由于二氧化硫的体积是非标况下的体积，因此A项表达式是错误的。正确答案应只为D项。　　

2.通过分析数据的变化规律，明确物质的性质变化　　

例3.不同元素的原子在分子内吸引电子能力的大小可用一定数值x来表示，若x值越大，其原子吸引电子越强，在所形成的分子中成为负电荷一方，若两种非金属元素原子的x值相差越大，在形成的分子中共价键的极性就越强，下面是原子序数为3－19号元素(稀有气体除外)的x值：　　

 (1)通过x值的变化规律预计钙的x值范围：　　x(Ca)    ，预测在卤素的四种气态氢化物中　　　是共价键极性最弱的分子。(2)推断x值与原子半径的变化关系是：＿＿＿＿＿。　　

解析：此题由可先解决第(2)问，即先明确x值与原子半径变化关系，然后推断钙的x值的取值范围。由于原子半径的变化呈现周期性的变化规律，则x值亦应呈现周期性的变化，通过数据分析可知原子半径越大，x值越小。则钙的x值的取值情况应为：x(K)<x(Ca)<x(Mg)，即0.82<x(Ca)<1.31。　　

3.通过数据分析，结合物质的性质或反应的具体情况，筛选解题的必备数据　　

例4.实验室用氢气还原氧化铜，往往因还原不彻底而得到铜和氧化亚铜的混合物，为了测定该混合物的组成，现称取4份等质量的样品，分别放入烧杯中，再向4个盛有样品的烧杯中加入一定体积等浓度的稀硫酸，充分反应后分离出烧杯中剩余固体，干燥后其质量如下表：　　

 (1)已知氧化亚铜在酸性条件下易发生岐化反应，生成Cu^2＋和Cu，请写出氧化亚铜与稀硫酸反应的离子方程式，(2)原混合物中铜与氧化亚铜的物质的量之比为多少？(3)试计算所加稀硫酸的物质的量浓度？　　

解析：向定量的样品中加入硫酸后，由于氧化亚铜与硫酸反应(离子方程式为：Cu₂O＋2H^＋＝Cu^2＋＋Cu＋H₂O)生成了可溶的硫酸铜使固体的质量减少，由表中数据可知当加入硫酸的体积为大于等于75.0mL时剩余固体的质量不再变化，由此可判断①、②两组数据为加入的硫酸不足，剩余固体中存在未反应的氧化亚铜，③、④两组数据为氧化亚铜已完全反应，剩余固体只为金属铜，因此若计算氧化亚铜与铜的物质的量之比应采用③、④中的一组数据，由质量差量可求出铜与氧化亚铜的物质的量之比为3:1。求硫酸浓度时应用①、②组中的一组数据，可计算出硫酸的浓度为0.205mol/L。　　

例5.现有一份氧化亚铜与氧化铜的混合物，用氢气还原法测其中氧化铜的质量x(g)，实验中可以测定如下数据：w－混合物的质量(g)，w(H₂O)－生成水的质量(g)，w(Cu)－生成铜的质量(g)，v(H₂)－反应消耗氢气在标况下的体积(L)。　　

(1)为了计算x，至少需要上述数据中的＿＿＿个，这几个数据的组合共有＿＿＿种，请将这些组合一一填入下列空格中(说明：选用w、w(H₂O)、w(Cu)、v(H₂)表示，不必列出具体计算式，每个空格中填写一种组合，有几种组合就填几种，不必填满)，　　

 (2)从上述组合中选用一个含w的组合，求x的计算式。　　

解析：已知反应方程式为：CuO＋H₂＝Cu＋H₂O，Cu₂O＋H₂＝2Cu＋H₂O。题中共给了4个实验数据，欲求混合物中氧化铜的质量x(g)，应通过建立二元一次方程组解题，因此至少需知其中的两个数据，4个数据的组合应有6种情况，即：①w、w(H₂O) ②w、w(Cu) ③w、v(H₂) ④w(H₂O)、w(Cu) ⑤w(H₂O)、v(H₂) ⑥w(Cu)、v(H₂)。但应注意第⑤组合，由原子守恒关系可知，每有1mol氢气反应则有1mol水生成。因此由w(H₂O)、v(H₂)所建立的方程组实际上只有一个方程，因而求不出氧化铜的质量。所以数据组合应有5种情况。　　

二、缺数据试题　　

1.挖掘试题中的隐含条件　　

例6.已知由MgSO₄、NaHS、NaHSO₄组成的混合物中氧元素的的质量分数为a%，则混合物中硫元素的质量分数为(　　)。　　

A.　 　　　(1－a%)       B.　 　　　a%      C.1－　 　　　a%        D.无法确定　　

解析：三种物质组成的混合物中共有四种元素，现只知道其中一种元素的含量，求另一种元素的含量，条件明显不足。通过对三种物质的化学式分析可知：①镁的相对原子质量为钠与氢的相对原子质量之和，即将由四种元素组成的混合物转化为由Mg、S和O三种元素组成，②转化为三种元素后存在着定量关系，即n(Mg):n(s)＝1:1。因此通过分析挖掘出试题中所隐含的上述两个条件后，即可求出混合物硫元素的质量分数为　 　　　(1－a%)。　　

例7.120℃、1.01×10³Pa有空气(体积比为N₂:O₂＝4:1)和H₂S组成的混合气体，在体积不变的密闭容器中燃烧后，H₂S无剩余，恢复到原温度，测得压强为原来的90%，则原混合气体中空气与硫化氢的体积比为（　）。　　

A.3:1　　　　　　B.1:1　　　　　　C.4:1　　　　　　D.1:4　　

解析：H₂S与O₂反应时既可生成S，也可生成SO₂，因此首先应确定反应的生成物，然后进行计算，解析过程繁琐。如若分析反应前后的体积变化：　　

    2H₂S＋O₂　 　　　2S＋2H₂O    △V         2H₂S＋3O₂　 　　　2SO₂＋2H₂O     △V　　

       2 　 1         2       1  　       2    3      2 　  2        1       　　

在120℃时生成的水为气体，只要H₂S完全反应，无论生成何种物质气体体积减小量均为H₂S体积的　 　　　。因此设H₂S的体积为x，空气的体积为y，则有　 　　　，解得x:y＝1:4。　　

2.进行条件的补充　　

例8.将碳酸钠与碳酸氢钠的混合物加入到盛有120mL1mol/L的氢氧化钡溶液的烧杯中，完全反应后，过滤。再加入95mL1mol/L的硫酸溶液，恰好使溶液呈中性，求(1)混合物中碳酸氢钠的质量；(2)欲求混合物中碳酸钠的质量，还需补充的数据为(　　)　　

A.混合物的质量　　  B.生成碳酸钡的质量　　　C.生成硫酸钡的质量　　

解析：由溶液呈中性可知硫酸所提供的H^＋与溶液中的OH^－恰好反应。混合物加入到氢氧化钡溶液中时，只有碳酸氢钠消耗了OH^－，由反应方程式可确定如下关系：2n(Ba(OH)₂)＝2n(H₂SO₄)＋n(NaHCO₃)，求出碳酸氢钠的质量为4.2g。若已知混合物的质量则可求碳酸钠的质量。由原子守恒若给出碳酸钡或硫酸钡的质量也可以计算出碳酸钠的质量，因此A、B、C三个选项中所提供的数据均可以。　　

3.讨论型试题　　

例9.某金属单质与一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物，当参加反应的单质与被还原的硝酸的物质量为2:1时，硝酸的还原产物是(　　)　　

A.NO₂　　　         B.NO　　　          C.N₂O　　　　           D.N₂　　

解析：已知参加反应的金属单质与被还原的硝酸的物质量为2:1，而金属反应后的通常为＋1、＋2或＋3价三种价态，因此可分为三种情况：　　

①若反应后金属为＋1价，则失去2e^－，硝酸还原后N由＋5价变为＋3价，由于只生成单一的还原产物，则还原产物应为N₂O₃。　　

②若反应后金属为＋2价，则失去4e^－，硝酸还原后N由＋5价变为＋1价，还原产物应为N₂O。　　

③若反应后金属为＋3价，则失去6e^－，硝酸还原后N由＋5价变为－1价，不存在此价态的还原产物。　　

因此正确答案应为A项。