培优课堂1　“方法建构”下的化学计算 专项特训（含解析）2024年高考化学二轮复习

培优课堂　“方法建构”下的化学计算
1.过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)可用于改善地表水质、处理含重金属粒子废水、应急供氧等。
(1)已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O，测定制备的过氧化钙晶体中CaO2的含量的实验步骤如下：
第一步：准确称取a g产品放入锥形瓶中，再加入过量的b g KI晶体，加入适量蒸馏水溶解，再滴入少量2 mol·L－1的H2SO4溶液，充分反应。
第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步：逐滴加入浓度为c mol·L－1的Na2S2O3溶液发生反应，滴定达到终点时出现的现象是______________________________________________________
________________________________________________________________。
若滴定消耗Na2S2O3溶液V mL，则样品中CaO2的质量分数为________(用字母表示)。
(2)已知过氧化钙加热至350 ℃左右开始分解放出氧气。将过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)在坩埚中加热逐渐升高温度，测得样品质量随温度的变化如图所示，则350 ℃左右所得固体物质的化学式为________________。
2.(1)碱式碳酸镁是制备金属镁及其化合物的原料，以卤块(主要成分为MgCl2，此外还含有Fe3＋、Fe2＋等离子)为原料制备碱式碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2]。采用上述流程制得的碱式碳酸镁常含一定量结晶水，化学式为MgCO3·Mg(OH)2·xH2O。称取42.8 g样品，进行热重分析，并绘制出如图所示热重曲线示意图。已知T ℃时固体样品为MgO，计算x＝________。
(2)近年来，FePO4作为制备锂离子电池正极材料LiFePO4的重要原料而成为研究热点。一种以FeCl3、H3PO4、 氨水为主要原料制备FePO4的流程如图。
测定产物样品中铁元素的质量分数，主要步骤如下：
ⅰ.取a g样品，加入过量盐酸充分溶解，再滴加SnCl2 (还原剂)至溶液呈浅黄色；
ⅱ.加入TiCl3，恰好将ⅰ中残余的少量Fe3＋还原为Fe2＋；
ⅲ.用c mol·L－1K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2＋，消耗V mL K2Cr2O7标准溶液。
产物中铁元素的质量分数为________ %。
3.我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、____________和____________(填化学式)。
4.(1)ZnSO4·7H2O在不同的温度下分解产物不同，取28.70 g ZnSO4·7H2O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示。分析数据，680 ℃时所得固体的化学式为______________________________________________(填标号)。
A.ZnO B.Zn3O(SO4)2
C.ZnSO4 D.ZnSO4·H2O
(2)煅烧NH4VO3可制得V2O5，煅烧过程中固体质量随温度变化的曲线如图所示。加热到200 ℃时，得到的固体物质的化学式为_____________________________，300～350 ℃放出气态物质的化学式为________。
5.实验制得的POCl3中常含有PCl3杂质，通过下面方法可测定产品的纯度(已知POCl3与PCl3极易水解)
①快速称取5.00 g产品，加水反应后配成250 mL溶液；②取以上溶液25.00 mL，向其中加入10.00 mL 0.100 0 mol·L－1碘水(足量)，充分反应；③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液，用0.100 0 mol·L－1的Na2S2O3溶液滴定；④重复②、③操作，平均消耗0.100 0 mol·L－1Na2S2O3溶液12.00 mL。
已知：H3PO3＋I2＋H2O===H3PO4＋2HI，I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6。
(1)滴定至终点的现象是____________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)该产品的纯度为________。[已知：M(PCl3)＝137.5 g· mol－1、M(POCl3)＝153.5 g· mol－1]
6.Cl2O是很好的氯化剂，已知：Cl2O＋H2O??2HClO，Cl2O在CCl4中的溶解度远大于其在水中的溶解度。
产品分析：取一定量Cl2O浓溶液的稀释液，加入适量CCl4、过量KI溶液及一定量的稀H2SO4，充分反应。用标准Na2S2O3溶液滴定(滴定Ⅰ)；再以酚酞为指示剂，用标准NaOH溶液滴定(滴定Ⅱ)。已知产生I2的反应(不考虑Cl2与水反应)：
2I－＋Cl2===I2＋2Cl－
4I－＋Cl2O＋2H＋===2I2＋H2O＋2Cl－
2I－＋HClO＋H＋===I2＋H2O＋Cl－
实验数据如下表：
加入量 n(H2SO4)/mol 2.505×10－3
滴定Ⅰ测出量n(I2)/mol 2.005×10－3
滴定Ⅱ测出量n(H2SO4)/mol 1.505×10－3
(1)用标准Na2S2O3溶液滴定时，无需另加指示剂。判断滴定Ⅰ到达终点的实验现象是_____________________________________________________
_________________________________________________________。
(2)高纯度Cl2O浓溶液中要求n(Cl2O)/n(Cl2)≥99(Cl2O和HClO均以Cl2O计)。结合数据分析所制备的Cl2O浓溶液是否符合要求__________________________
___________________________________________________________________。
7.钛在医疗领域的使用非常广泛，如制人造关节、头盖、主动心瓣等。TiCl4可制备纳米TiO2；以N2为载体，用TiCl4和水蒸气反应生成Ti(OH)4。再控制温度生成纳米xTiO2·yH2O，测定产物xTiO2·yH2O组成的方法如下：
步骤一：取样品2.100 g用稀硫酸充分溶解得到TiOSO4，再用足量铝将TiO2＋还原为Ti3＋，过滤并洗涤，将所得滤液和洗涤液合并注入250 mL容量瓶，定容得到待测液。
步骤二：取待测液25.00 mL于锥形瓶中，加几滴KSCN溶液作指示剂，用0.100 0 mol·L－1的NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定，将Ti3＋氧化为TiO2＋，三次滴定消耗标准溶液的平均值为24.00 mL。
(1)滴定终点的判断方法是___________________________________________。
(2)通过分析、计算，该样品的组成为_________________________________。
8.二氧化氯(ClO2)可用于自来水消毒。ClO2很不稳定，需随用随制，为测定所得溶液中ClO2的含量，进行了以下实验：
步骤1：准确量取ClO2溶液10.00 mL，稀释成100 mL试样。
步骤2：量取V1 mL试样加入锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30分钟。(已知ClO2＋I－＋H＋——I2＋Cl－＋H2O未配平)
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V2 mL。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
(1)准确量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃仪器是________。
(2)上述步骤3中滴定终点的现象是___________________________________
________________________。
(3)若实验中使用的Na2S2O3标准溶液部分因被氧气氧化而变质，则实验结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(4)根据上述步骤可计算出原ClO2溶液的浓度为________ mol·L－1(用含字母的代数式表示)。
9.我国科学家以铬铁合金(主要成分：铬、铁、镍)为原料，提出了制备氧化铬的“铬铁—三价铬冶金化工联合法”，彻底解决了传统铬生产工艺中六价铬的污染问题，为满足冶金及颜料级铬绿的要求，氧化铬产品中铁的质量分数应低于0.03%。一种测定氧化铬中铁含量的操作如下：
ⅰ.称取m g氧化铬产品，用酸溶解；
ⅱ.多步操作分离铁和铬；
ⅲ.取含有Fe3＋的溶液，调pH，加入指示剂，用c mol·L－1的无色EDTA－2Na溶液滴定，共消耗EDTA－2Na标准液V mL。
资料：EDTA－2Na和Fe3＋按物质的量1∶1反应，低浓度时产物无明显颜色。
①指示剂是________，滴定终点的现象为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________；
②氧化铬产品中铁的质量分数是________________。
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1.答案　（1）溶液由蓝色变无色，且30 s内不恢复蓝色　×100%　（2）CaO
解析　（1）根据得失电子守恒，可得关系式CaO2～I2～2S2O，则样品中CaO2的质量分数为×100%＝×100%。（2）CaO2·8H2O的摩尔质量为216 g· mol－1，故2.16 g过氧化钙晶体为0.01 mol，350 ℃左右所得固体质量为0.56 g，根据钙原子守恒，可知为CaO。
2.答案　（1）4　（2）
解析　（1）由化学式可知MgCO3·Mg（OH）2·xH2O的摩尔质量为（142＋18x） g· mol－1，则起始时MgCO3·Mg（OH）2·xH2O的物质的量为 mol，其中镁离子的物质的量为 mol，热重后得到氧化镁的质量为16.0 g，则镁离子的物质的量为＝0.4 mol；根据元素守恒可得：＝0.4，解得：x＝4。（2）测定产品中铁元素的质量分数时，Fe3＋被SnCl2和TiCl3还原为Fe2＋，生成的Fe2＋被酸性重铬酸钾氧化，发生反应的离子方程式为6Fe2＋＋Cr2O＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，根据关系式Cr2O～6Fe2＋～6FePO4可得n（FePO4）＝6×10－3cV mol，铁元素的质量分数w＝＝×100%＝%。
3.答案　CuO　SO3
解析　根据图示的热重曲线所示，在700 ℃左右会出现两个吸热峰，说明此时CuSO4发生热分解反应，从TG图像可以看出，质量减少量为原CuSO4质量的一半，说明有固体CuO剩余，还有其他气体产出，此时气体产物为SO2、SO3、O2，可能出现的化学方程式为3CuSO43CuO＋2SO2↑＋SO3↑＋O2↑，结合反应中产物的固体产物质量和气体产物质量可以确定，该反应的产物为CuO、SO2、SO3、O2。
4.答案　（1）B　（2）HVO3　H2O
解析　（1）28.70 g ZnSO4·7H2O的物质的量为0.1 mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO4·H2O或ZnSO4或ZnO时，物质的量均为0.1 mol。若得ZnSO4·H2O，则质量为17.90 g（100 ℃）；若得ZnSO4，则质量为16.10 g（250 ℃）；若得ZnO，则质量为8.10 g（930 ℃）；据此可确定680 ℃时所得固体的化学式为Zn3O（SO4）2。（2）煅烧NH4VO3时，固体质量随温度变化的曲线如图所示。加热到200 ℃时，质量减少0.17 g，所以0.01 mol NH4VO3受热分解生成气体为0.01 mol NH3，发生NH4VO3NH3↑＋HVO3；加热到350 ℃时固体质量又减少0.09 g，失去0.005 mol H2O，发生的反应为2HVO3H2O＋V2O5，则放出气态物质的化学式为H2O。
5.答案　（1）当滴入最后半滴Na2S2O3溶液时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色　（2）89.0%
解析　（1）当滴入最后半滴Na2S2O3溶液时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色，说明滴定达到终点。（2）POCl3与水反应生成H3PO4和HCl，PCl3与水反应生成H3PO3和HCl，根据题意知，存在关系式：PCl3～H3PO3～I2，I2～2Na2S2O3；消耗Na2S2O3的物质的量＝0.100 0 mol·L－1×12.00×10－3L＝12×10－4 mol，则和Na2S2O3反应的I2的物质的量＝×12×10－4 mol ＝6×10－4 mol；PCl3的物质的量等于和H3PO3反应的I2的物质的量＝0.100 0 mol·L－1×10.00×10－3 L－6×10－4 mol＝4×10－4 mol，PCl3的质量为4×10－4 mol×137.5 g· mol－1＝5.5×10－2g，产品中含PCl3的质量为5.5×10－2g×＝0.55 g，则产品的纯度为×100%＝89.0%。
6.答案　（1）CCl4中由紫红色突变到无色，且30 s不恢复
（2）溶液中Cl2O和Cl2分别为1.000×10－3 mol、5×10－6 mol，＝200>99，符合要求
解析　（1）溶有I2的CCl4溶液呈紫红色，用标准Na2S2O3溶液滴定I2过程中，当I2恰好反应完全时，溶液呈无色，因此滴定I2到达终点的实验现象是CCl4中由紫红色突变到无色，且30 s不恢复。（2）由2I－＋Cl2===I2＋2Cl－、4I－＋Cl2O＋2H＋===2I2＋H2O＋2Cl－、2I－＋HClO＋H＋===I2＋H2O＋Cl－（HClO为Cl2O与H2O反应的产物）可得关系式：Cl2O～2H＋～2I2，由实验数据可知Cl2O和HClO共消耗n（H＋）＝2×（2.505×10－3 mol－1.505×10－3 mol）＝2×10－3 mol，生成I2的物质的量为2×10－3 mol，则高纯度Cl2O浓溶液中n（Cl2O）＝1×10－3 mol，加入过量KI溶液共生成I2的物质的量为2.005×10－3 mol，因此Cl2与I－反应生成I2的物质的量为2.005×10－3 mol－2×10－3 mol＝5×10－6 mol，由此可知高纯度Cl2O浓溶液中n（Cl2）＝5×10－6 mol，所以高纯度Cl2O浓溶液中＝＝200>99，则所制备的高纯度Cl2O浓溶液符合要求。
7.答案　（1）溶液出现红色且半分钟不褪色
（2）12TiO2·5H2O
解析　（1）若反应完全，滴入标准溶液，标准溶液中的Fe3＋与SCN－结合，使溶液变为红色，滴定终点现象为溶液出现红色且半分钟不褪色。（2）三次滴定消耗标准溶液的平均值为24.00 mL，物质反应转化关系为TiO2～NH4Fe（SO4）2，m（TiO2）＝80 g· mol－1×0.100 0 mol·L－1×0.024 L×＝1.92 g，m（H2O）＝2.100 g－1.92 g＝0.18 g，所以x∶y＝∶＝12∶5，故物质的化学式为12TiO2·5H2O。
8.答案　（1）酸式滴定管　（2）溶液蓝色恰好消失，且30 s内不恢复原色　（3）偏高　（4）
解析　（1）ClO2能用于自来水的消毒，即ClO2具有强氧化性，ClO2溶液应盛放在酸式滴定管中。（2）锥形瓶溶液显蓝色，滴加Na2S2O3溶液过程中碘单质被消耗，达到终点的现象是：溶液恰好蓝色消失，且30 s内不恢复原色。（3）Na2S2O3被氧气氧化，则消耗Na2S2O3溶液的体积增大，测定结果偏高。（4）根据反应方程式，建立关系式为2ClO2～5I2～10Na2S2O3，则ClO2的浓度为
＝ mol·L－1。
9.答案　①KSCN溶液　溶液由红色变为无色，且30秒无明显变化　②×100%
解析　①滴定时，EDTA－2Na和Fe3＋按物质的量1∶1反应，低浓度时产物无明显颜色，而铁离子与KSCN溶液反应所得溶液呈红色，则指示剂是KSCN溶液，滴定终点的现象为溶液由红色变为无色，且30秒内无明显变化；②EDTA－2Na和Fe3＋按物质的量1∶1反应，消耗EDTA－2Na标准液的物质的量为 mol，则铁的物质的量为 mol，氧化铬产品中铁的质量分数是×100%。