化學20分鐘專題突破(29)

專題  化學計算題

1. 將3.20g Cu溶于B mol/L過量的硝酸溶液30.0 mL中，假設硝酸的還原產物只有NO₂和NO，反應結束后，將所剩溶液加水稀釋至1000 mL，測得c(NO₃^－)＝0.200 mol/L。

(1)試求稀釋后溶液的pH。

(2)生成的氣體中NO₂和NO的物質的量(可以含有B的代數式表示)。

(3)用NaOH溶液吸收氮的氧化物是防止NOx污染的一種方法。原理為：

2NO₂＋2NaOH＝NaNO₃＋NaNO₂＋H₂O，NO＋NO₂＋2NaOH＝2NaNO₂＋H₂O

若生成的混合氣體能被NaOH溶液完全吸收，試討論B的取值范圍。

2. 較低溫度下，氯氣通入石灰乳中可制得漂白粉，該反應為放熱反應。某校甲、乙兩化學研究性學習小組均用200 mL 12 mol / L鹽酸與17.4 g MnO₂在加熱條件下反應制備氯氣，并將制備的氯氣與過量的石灰乳反應制取漂白粉，用稀氫氧化鈉溶液吸收殘余的氯氣。分析實驗結果發現：① 甲、乙兩組制得的漂白粉中Ca(ClO)₂的質量明顯小于理論值，② 甲組在較高溫度下將氯氣與過量的石灰乳反應，所制得的產品中Ca(ClO₃)₂的含量較高。試回答下列問題： 

（1）上述實驗中理論上最多可制得Ca(ClO)₂多少克？

（2）實驗中所得到的Ca(ClO)₂的質量明顯小于理論值，試簡要分析其可能原因，并寫出可能涉及到的化學方程式。

3. 水垢可以看作由多種物質組成的混合物，為研究含有Ca²⁺、Mg²⁺、的水所形成的水垢的化學組成，取干燥的水垢6.32 g ，加熱使其失去結晶水，得到5.78 g 剩余固體A；高溫灼燒A至恒重，殘余固體為CaO和MgO，放出的氣體用過量的Ba(OH)₂溶液吸收，得到的11.82 g沉淀。  

（1）通過計算確定A中是否含有碳酸鎂；

（2）5.78 g剩余固體A灼燒至恒重時產生的氣體完全被堿石灰吸收，堿石灰增重2.82 g，通過計算確定A中各成分的物質的量，并計算出水垢中碳酸鹽質量分數。

1. (1)設稀釋后溶液的H⁺物質的量濃度為c(H⁺)，依溶液電中性，有：(3.20g÷64g/mol)×2＋c(H⁺)×1.00 L=0.200 mol/L×1.00L，解得c(H⁺)=0.100 mol/L，pH=－lgc(H⁺)=1

(2)設n(NO₂)=a mol，n(NO)=b mol，依電子得失守恒，有：a＋3b=0.100  ①

依N元素守恒，有：a＋b=0.030B－0.200  ②

解①②聯立得：a=(0.045B－0.350)mol，b=(0.150－0.015B)mol

(3)依題意有不等式：n(NO₂)>0，n(NO)>0，n(NO₂)≥n(NO)，即：0.045B－0.350>0，解得B>7.80；0.150－0.015B>0，解得 B<10.0；0.045B－0.350≥0.150－0.015B，解得 B≥8.30；綜合上述結果得：8.3≤B<10。

2.（1）根據題意，n(HCl)＝12 mol / L×0.2 L＝2.4 mol

n(MnO₂)＝＝0.2 mol

MnO₂＋4HCl(濃)MnCl₂＋Cl₂↑＋2H₂O

n(HCl)┱n(MnO₂)＝2.4┱0.2＝12┱1＞4┱1

所以濃鹽酸過量，應根據MnO₂計算。

根據制備氯氣的化學方程式

n(Cl₂)＝n(MnO₂)＝0.2 mol

又因為2Cl₂＋2Ca(OH)₂＝CaCl₂ ＋Ca(ClO)₂＋2H₂O
n[Ca(ClO)₂]＝n(Cl₂)＝0.1 mol

m[Ca(ClO)₂]＝143 g / mol×0.1 mol＝14.3 g
（2）① 隨著反應進行，溫度升高，會產生副產物Ca(ClO₃)₂
6Cl₂＋6Ca(OH)₂5CaCl₂ ＋Ca(ClO₃)₂＋6H₂O
② Cl₂未與石灰乳完全反應，殘余氯氣被NaOH溶液吸收，
Cl₂＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H₂O

3.（1）根據題意，n(CO₂)＝n(BaCO₃)＝＝0.06 mol

若CO₂全部來自CaCO₃的分解，則m(CaCO₃)＝0.06 mol×100 g / mol＝6.00 g＞5.78 g，不合題意，所以，A中一定含有MgCO₃。

（2）m(CO₂)＝0.0 6mol×44 g / mol＝2.64 g

m(H₂O)＝2.82 g－2.64 g＝0.18 g

n[Mg(OH)₂]＝n(H₂O)＝0.18g/18g.mol＝0.01 mol

m[Mg(OH)₂]＝0.01 mol×58 g / mol＝0.58 g

n(CaCO₃)＋n(MgCO₃)＝0.06 mol

n(CaCO₃)×100 g / mol＋n(MgCO₃)×84 g / mol＋0.58 g＝5.78 g

解得：n(MgCO₃)＝0.05 mol，n(CaCO₃)＝0.01 mol

×100%＝82.3%