例谈化学计算题的类型及解题方法

江苏 季宗宝

2019年化学计算在全国卷Ⅰ、全国卷Ⅱ、全国卷Ⅲ、北京卷、天津卷、江苏卷的高考试卷上都有出现，是高考化学中必考的题型之一，分值一般在2～4分，常常与化学实验、元素化合物、电化学、化学平衡等知识等结合进行考查。对于化学计算很多学生感觉很难，有时候直接放弃，其实大可不必，只要认真读题，了解题目类型，掌握解题方法，再稍加练习巩固，定能茅塞顿开。下面我就通过近几年高考化学试卷中常考的计算类型，了解命题的规律，掌握解题的方法套路，从而提高自己的得分，提升自己的化学核心素养。

一、计算题题型分析

从历年的高考试题分析中可以发现，化学计算特别喜欢在化学实验题中进行考查，化学实验题中的计算题题型主要有以下几个方面：

1.晶体化学式的计算

2.热重曲线分析的计算

3.测定样品中含量的计算

4.计算产品的产率或回收率

5.氧化还原滴定等

近三年全国卷对化学实验题中计算的考查内容进行统计如下

核心考查内容年份及地区含量、纯度、质量分数的计算2017年全国卷Ⅰ26题;2017年全国卷Ⅱ26题;2018年全国卷Ⅱ28题;2018年全国卷Ⅲ26题;2019年全国卷Ⅰ10题;2019年全国卷Ⅱ26题化学式的计算2019年全国卷Ⅰ27题产率、转化率、回收率的计算2017年全国卷Ⅲ27题;2019年全国卷Ⅲ27题物质浓度、物质的量、质量、结晶水数目等计算2018年全国卷Ⅰ27题;2017年全国卷Ⅱ28题

二、解题方法

纵观全国各地的高考试题主要集中在有关纯度、质量分数的计算，其方法主要以关系式为中心，并结合守恒法，包括质量守恒、元素守恒、电子得失守恒等穿插在一起进行分析解题。下面先来谈谈关系式法的应用。

1.含义：关系式法主要表示两种或多种物质之间物质的量关系的一种简化式子。多步反应中，直接把始态反应物与终态生成物之间用比例关系表示出来，把多步计算简化成一步计算，更加清晰明了。这种根据关系式确定数量关系进行化学计算的方法称为关系式法。

2.优点：关系式法的优点在于不需写出所有的化学方程式，只需通过关系式得出反应物和生成物之间的比例关系，从而使计算化繁为简、化难为易、减少误差，而且已知数与未知数各有固定的位置，层次清楚，有助于打开解题思路。

3.特点：关系式法可适用于一步反应，更适用于多步反应，即上一步反应的产物为下一步反应的反应物的反应，绝大多数可以用关系式法解决。

三、典例解析

1.晶体化学式的计算

【例1】(2019年全国卷Ⅰ·27题节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时，失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为____________________。

【答案】NH4Fe(SO4)2·12H2O

【点评】对于结晶水合物化学式的计算，重在利用质量守恒，依据公式计算即可。

2.产率、转化率类的计算

【例2】(2017年全国卷Ⅲ·27题节选)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：

回答下列问题：

(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为________。

【解析】本题可以利用元素守恒结合关系式法解题，由Cr元素守恒可得：

Cr2O3～ K2Cr2O7

152 294

m1×40% kgm

【例3】(2019年全国卷Ⅲ·27题节选)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

水杨酸 醋酸酐 乙酰水杨酸

实验过程：

在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作：

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。

回答下列问题：

(6)本实验的产率是________%。

【答案】60

【解析】(6)水杨酸分子式为C7H6O3，乙酰水杨酸分子式为C9H8O4，根据关系式法计算得：

C7H6O3～ C9H8O4

138 180

6.9 gm

【点评】从以上二题可以看出产率的计算有强化的趋势，并迁移到有机试题里，有的同学不认真读题，感觉很难，就放弃了，其实只要抓住元素守恒利用关系式法即可轻松解题。

3.含量类的计算

有关含量类计算的公式：

含量类计算通常是利用滴定来完成的，滴定的方式主要有以下三种：直接滴定法、返滴定法和间接滴定法。解题时要读清题目，分清种类，细心解答即可。

(1)直接滴定法：用标准溶液直接滴定被测物质的一种方法，直接滴定法是滴定分析方法中最常用、最基本的方法，如【例4】。

(2)返滴定法：指的是先准确地加入一定量过量的标准溶液，与试液中的被测物质或固体式样进行反应，待反应完成后，再用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液，如【例5】的碘量法。

(3)间接滴定法：指有些物质不能与滴定剂直接进行化学反应，但可以通过别的化学反应间接测定，如【例6】高锰酸钾法测定钙的含量。

【例4】(2018年全国卷Ⅰ·27题节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为____________________，该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L-1(以SO2计)。

【例5】(2019·全国卷Ⅱ·26题节选)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：

2 mol 1 mol 1 mol 1 mol

0.1V×10-3moln1molnmoln2mol

【点评】本题难度不大，主要是要求学生读清题目，了解碘量法的原理，再利用关系式法，找准关系即可完成计算。

【例6】(2017年全国卷Ⅱ·26题节选)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：

回答下列问题：

【答案】45.0%

n(KMnO4)=0.050 0 mol/L×36.00×10-3mL=1.80×10-3mol

n(Ca2+)=4.50×10-3mol

故水泥中钙的质量分数为

【点评】本题难度较大，考查的知识点较综合，一是以氧化还原反应利用得失电子守恒进行配平为载体，二是了解间接滴定法的原理，如本题中钙的质量分数求法，先把草酸钙转化成草酸，然后对草酸进行滴定，三是利用关系式法，找准关系从而完成计算。

总之，学生考试时，有时不需要写出所有的方程式，只要根据元素守恒及得失电子守恒即可找到相关物质的关系式，从而快速、准确地解题。此外对近年滴定类求含量的试题也进行了分类整理，同学们只要认真揣摩，一定会有很大的启发。