化學(xué)計算常用方法與技巧

劉海民

摘要：有機(jī)化學(xué)中已知烴的式量確定烴的分子式常用商余法、上下限取值法、平均值法、差量法、討論法、守恒法和關(guān)系式法等，每種方法適用條件和優(yōu)缺點各不相同.

關(guān)鍵詞：烴?分子式?方法技巧

化學(xué)核心素養(yǎng)的五個要素，分別從化學(xué)學(xué)習(xí)活動的“化學(xué)實踐”、“化學(xué)認(rèn)知”和“化學(xué)運用”三個維度，全面系統(tǒng)地闡述高中化學(xué)學(xué)習(xí)所必須建立與發(fā)展的核心能力與品質(zhì)，整體性揭示化學(xué)學(xué)科的育人功能和育人價值.其中“證據(jù)推理和模型認(rèn)識”即要求充分推理后利用數(shù)學(xué)建模思維解決化學(xué)問題.

中學(xué)階段對烴類分子式的確定，一般先要利用已知條件求出分子量，然后根據(jù)通式用商余法得出分子式或利用最簡式相對式量和分子式相對式量的關(guān)系得出分子式.

商余法是根據(jù)任何一種烴的同系物，其通式均可寫為C??n?H???2n-x?（x=-2，0，2，4，6……），即x?為大于或等于-2的偶數(shù)，假設(shè)烴分子量為M，根據(jù)商余法有：M=?14n-x，則x=14n?-M，?n值即為烴分子中碳的個數(shù).當(dāng)x=-2?時為烷烴，分子式為C??n?H???2n+2?;當(dāng)x=0?時為烯烴或環(huán)烷烴，分子式為C??n?H???2n?;當(dāng)x=2?時為炔烴或二烯烴或環(huán)烯烴，分子式為C??n?H???2n-2??;當(dāng)?x=6?時為芳香烴，分子式為C??n?H???2n-6??……

上下限取值法是根據(jù)任何類型的烴分子中，H原子個數(shù)都不大于相同C原子數(shù)的烷烴分子中的H原子數(shù).已知烴的分子量為M，設(shè)分子式為C??x?H??y?，則：0

例1?求分子量為252的烴的分子式.

解：設(shè)分子式為C??x?H??y?.

則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，分子式為C??20?H??12?的一種同分異構(gòu)體叫作苯并?a?芘，是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，存在于煙灰、燃燒

煙草的煙霧和內(nèi)燃機(jī)尾氣及燒焦的魚或肉中.

在科學(xué)研究和實際生產(chǎn)中氣體混合是常見情況，此類問題的一般方法為：

1.平均值法確定混合氣體的成分（十字相乘法）;

2.差量法確定分子中的H數(shù)量.

例2?常溫下，由一種烷烴A和一種烯烴B組成的混合氣體1.0體積充分燃燒，得到1.5體積CO?2（同溫同壓下測定）.

（1）請通過計算推斷：混合氣體中A和B所有可能的組合及A與B的體積比.

（2）120℃時，取0.40L該混合氣體與1.60LO?2混合，充分燃燒后，恢復(fù)到原溫度和原壓強(qiáng)時，氣體體積變?yōu)?.05L.據(jù)此推斷，混合氣體中烯烴B的結(jié)構(gòu)簡式是.

分析：（1）1molA、B組成的混合氣體中平均含C 1.5mol，由此推出可能的組合，再利用十字相乘法確定體積比.

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為4.5的可能組合有：CH?4和C?3H?6或CH?4和C?4H?8.

利用十字相乘法確定組成：若為CH?4和C?3H?6 ，則體積比為3∶1;若為CH?4和C?4H?8，則體積比為7∶1.綜合C的分配要求，則CH?4和C?3H?6為本題答案.

討論法是一種發(fā)現(xiàn)思維的方法，解計算題時，若題設(shè)條件充分，則可直接建數(shù)學(xué)模型通過計算求解;若題設(shè)條件不充分，則需采用討論的方法推理后，再建立數(shù)學(xué)模型，即可以順利求解.

例3?在30mL量筒中充滿NO?2和O?2的混合氣體，倒立于水中使氣體充分反應(yīng)，最后剩余5mL氣體，則原混合氣體中氧氣的體積是多少毫升？

此題討論解析知最后5mL氣體可能是O?2，也可能是NO.

解法1：

最后剩余5mL氣體可能是O?2，也可能是NO.若是NO，則說明NO?2過量15mL.

設(shè)30mL原混合氣中含NO?2、O?2的體積分別為?x、y.

4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3

剩余5mL氣體為氧氣時，氧氣的體積是10mL;

剩余5mL氣體為NO時，即發(fā)生該反應(yīng)時剩余NO?2過量15mL，反應(yīng)的總氣體為15mL，則氧氣體體積是3mL.

解法2：

設(shè)原混合氣中氧氣的體積為?y?mL.

（1）設(shè)O?2過量：根據(jù)4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3，則O?2得電子數(shù)等于NO?2失電子數(shù).

（y-5）×4=（30-y）×1

解得?y?=10（mL）.

（2）若NO?2過量：

4NO?2+O?2+2H?2O4HNO?3

4yy

3NO?2+H?2O2HNO?3+NO

因為在全部?（30-y）?mLNO?2中，有5mLNO?2得電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹O，其余?（30-y-5）?mLNO?2都失電子轉(zhuǎn)變?yōu)镠NO?3.O?2得電子數(shù)+（NO?2→NO）時得電子數(shù)等于（NO?2→HNO?3）時失電子數(shù)，?4y+5×2=（30-y-5）?×1解得?y=3?（mL）.

解法2根據(jù)得失電子守恒，凡氧化還原反應(yīng)，一般均可利用電子得失守恒法進(jìn)行計算，巧妙利用阿伏加德羅定律轉(zhuǎn)化信息，將體積數(shù)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量簡化計算.無論解法1還是解法2，由于題給條件不充分，均需結(jié)合討論法進(jìn)行求算.

以上介紹了一些化學(xué)計算的方法技巧.化學(xué)計算題雖然沒有一成不變的方法模式，但從解決化學(xué)問題的基本步驟看，應(yīng)建立一定的基本思維模式：“題示信息+基礎(chǔ)知識+邏輯思維”來鍛煉提高解題的基本能力，深化基礎(chǔ)，活化思維，優(yōu)化素質(zhì)，保證做一定的課內(nèi)練習(xí)和課外練習(xí)題，通過應(yīng)用更好地鞏固知識、掌握知識，檢驗學(xué)習(xí)中的不足，使自己取得更好成績，摘取智慧的果實.

化學(xué)計算的基本步驟總結(jié)歸納如下：

（1）認(rèn)真審題，挖掘題示信息.

（2）靈活組合，運用基礎(chǔ)知識.

（3）充分思維，形成解題思路.

（4）選擇方法，正確將題解出.