化学计算常用方法与技巧

刘海民

摘要：有机化学中已知烃的式量确定烃的分子式常用商余法、上下限取值法、平均值法、差量法、讨论法、守恒法和关系式法等，每种方法适用条件和优缺点各不相同.

关键词：烃 分子式 方法技巧

化学核心素养的五个要素，分别从化学学习活动的“化学实践”、“化学认知”和“化学运用”三个维度，全面系统地阐述高中化学学习所必须建立与发展的核心能力与品质，整体性揭示化学学科的育人功能和育人价值.其中“证据推理和模型认识”即要求充分推理后利用数学建模思维解决化学问题.

中学阶段对烃类分子式的确定，一般先要利用已知条件求出分子量，然后根据通式用商余法得出分子式或利用最简式相对式量和分子式相对式量的关系得出分子式.

商余法是根据任何一种烃的同系物，其通式均可写为C  n H   2n-x （x=-2，0，2，4，6……），即x 为大于或等于-2的偶数，假设烃分子量为M，根据商余法有：M= 14n-x，则x=14n -M， n值即为烃分子中碳的个数.当x=-2 时为烷烃，分子式为C  n H   2n+2 ;当x=0 时为烯烃或环烷烃，分子式为C  n H   2n ;当x=2 时为炔烃或二烯烃或环烯烃，分子式为C  n H   2n-2  ;当 x=6 时为芳香烃，分子式为C  n H   2n-6  ……

上下限取值法是根據任何类型的烃分子中，H原子个数都不大于相同C原子数的烷烃分子中的H原子数.已知烃的分子量为M，设分子式为C  x H  y ，则：0< y≤2x+2 ;因为：M= 12x+y ，即 y =M-12 x ，将此式代入0< y≤2x+2 得0

例1 求分子量为252的烃的分子式.

解：设分子式为C  x H  y .

则252-214≤ x <25212，解得17.8≤ x <21.

x=18 y=36  C  18 H  36

x=19 y=24  C  19 H  24

x=20 y=12  C  20 H  12

其中，分子式为C  20 H  12 的一种同分异构体叫作苯并 a 芘，是一种强致癌物质，存在于烟灰、燃烧

烟草的烟雾和内燃机尾气及烧焦的鱼或肉中.

在科学研究和实际生产中气体混合是常见情况，此类问题的一般方法为：

1.平均值法确定混合气体的成分（十字相乘法）;

2.差量法确定分子中的H数量.

例2 常温下，由一种烷烃A和一种烯烃B组成的混合气体1.0体积充分燃烧，得到1.5体积CO 2（同温同压下测定）.

（1）请通过计算推断：混合气体中A和B所有可能的组合及A与B的体积比.

（2）120℃时，取0.40L该混合气体与1.60LO 2混合，充分燃烧后，恢复到原温度和原压强时，气体体积变为2.05L.据此推断，混合气体中烯烃B的结构简式是.

分析：（1）1molA、B组成的混合气体中平均含C 1.5mol，由此推出可能的组合，再利用十字相乘法确定体积比.

CH 4C 2H 41∶1

CH 4C 3H 63∶1

CH 4C 4H 85∶1

（2）C  x H  y+（x+y4 ）O 2→ x CO 2+ y 2H 2O+ΔV

1 x+y4xy2y4-1

0.40.05

y =4.5.

符合平均含H为4.5的可能组合有：CH 4和C 3H 6或CH 4和C 4H 8.

利用十字相乘法确定组成：若为CH 4和C 3H 6 ，则体积比为3∶1;若为CH 4和C 4H 8，则体积比为7∶1.综合C的分配要求，则CH 4和C 3H 6为本题答案.

讨论法是一种发现思维的方法，解计算题时，若题设条件充分，则可直接建数学模型通过计算求解;若题设条件不充分，则需采用讨论的方法推理后，再建立数学模型，即可以顺利求解.

例3 在30mL量筒中充满NO 2和O 2的混合气体，倒立于水中使气体充分反应，最后剩余5mL气体，则原混合气体中氧气的体积是多少毫升？

此题讨论解析知最后5mL气体可能是O 2，也可能是NO.

解法1：

最后剩余5mL气体可能是O 2，也可能是NO.若是NO，则说明NO 2过量15mL.

设30mL原混合气中含NO 2、O 2的体积分别为 x、y.

4NO 2+O 2+2H 2O4HNO 3

剩余5mL气体为氧气时，氧气的体积是10mL;

剩余5mL气体为NO时，即发生该反应时剩余NO 2过量15mL，反应的总气体为15mL，则氧气体体积是3mL.

解法2：

设原混合气中氧气的体积为 y mL.

（1）设O 2过量：根据4NO 2+O 2+2H 2O4HNO 3，则O 2得电子数等于NO 2失电子数.

（y-5）×4=（30-y）×1

解得 y =10（mL）.

（2）若NO 2过量：

4NO 2+O 2+2H 2O4HNO 3

4yy

3NO 2+H 2O2HNO 3+NO

因为在全部 （30-y） mLNO 2中，有5mLNO 2得电子转变为NO，其余 （30-y-5） mLNO 2都失电子转变为HNO 3.O 2得电子数+（NO 2→NO）时得电子数等于（NO 2→HNO 3）時失电子数， 4y+5×2=（30-y-5） ×1解得 y=3 （mL）.

解法2根据得失电子守恒，凡氧化还原反应，一般均可利用电子得失守恒法进行计算，巧妙利用阿伏加德罗定律转化信息，将体积数转化为物质的量简化计算.无论解法1还是解法2，由于题给条件不充分，均需结合讨论法进行求算.

以上介绍了一些化学计算的方法技巧.化学计算题虽然没有一成不变的方法模式，但从解决化学问题的基本步骤看，应建立一定的基本思维模式：“题示信息+基础知识+逻辑思维”来锻炼提高解题的基本能力，深化基础，活化思维，优化素质，保证做一定的课内练习和课外练习题，通过应用更好地巩固知识、掌握知识，检验学习中的不足，使自己取得更好成绩，摘取智慧的果实.

化学计算的基本步骤总结归纳如下：

（1）认真审题，挖掘题示信息.

（2）灵活组合，运用基础知识.

（3）充分思维，形成解题思路.

（4）选择方法，正确将题解出.