有关化学式计算是化学科学中最基础的知识,是九年级化学教学的重点内容和难点内容,化学学科的后续学习都要在具备清晰、熟练的化学式计算技能的条件下才能顺利地进行。化学教师对有关化学式的计算教学进行了一定程度的研究,提出了一些具有一定理论的、有一定效果教学方法,但从学生学习和教学实际来看,有关化学式计算的教和学的效率都不是太高。探讨有关化学式计算教学的原理对于指导中学化学的教学具有很好的实际意义。
一、有关化学式计算的学习条件分析
化学式是用元素符号或元素符号与数字的组合表示物质组成的式子,是一种可以表达多种含义的化学符号:表示某种物质、表明了这种物质的元素组成、表明一种物质的分子(对于分子化合物)、表明分子的原子构成情况等。表明物质元素组成及分子的原子构成是有关化学式计算的基础。
有关化学式计算看上去十分简单,但由于是在分子和原子层次上认识化学式并进行计算,所以在学生学习中并不如想象的那么容易。学生必须具备以下几项条件:
1.学生必须明了化学式表明了物质最小组成
2.清晰的原子概念
学习者必须具备清晰的原子概念,必须知道原子在化学反应中是一个不“破裂”的球,而且任何同种原子的质量都相同,物质的最小组成就是由化学式所表示的原子种类和各种原子的数目。
由于原子的质量很小,其质量是用相对原子质量表示的,而不用千克(kg)质量单位来表示原子的质量。
二、有关化学式计算学习困难原因的调查研究
有关化学式计算类型较多,常见的有关化学式计算类型及各种计算类型学习过程中产生的困难原因调查分析如下:
1.对分子质量计算
这种计算类型有两个原理必须掌握,一是要理解对于物质来说其组成是用“元素”而非原子表示的,在分子中讲原子构成,但对于物质而言讲元素组成。二是化学式所表示的原子构成是物质组成的最小单位,因此,计算物质中各元素的百分含量的原理就是计算化学式中各种原子质量占化学式中全部原子质量的总和百分数。对于百分数的计算,绝大部分学生是熟悉的,学生学习中出现的问题主要是不能将物质中元素的质量转换为化学式中原子的相对原子质量,将物质中元素质量比转化为一个分子中原子的相对质量比。对学生进行访谈显示,出现这些问题的原因在于学生学习分子、原子、元素、化学式等概念时,知识机械的记忆理解概念,不会对宏观的元素与微观的原子这两个概念进行联系,以及对化学式是表示分子组成的符号,在表观上表示物质的组成单元的这一原理进行深度解析、二次加工。例如,在计算SO3中氧元素的质量分数时,要理解SO3分子是三氧化硫这一物质的组成单元,三氧化硫这一物质就是若干个SO3分子聚集而成的,SO3分子中氧原子的质量分数就代表了氧元素在整个三氧化硫这种物质中的质量分数。
3.根据化学式计算物质中各元素质量比
此类问题同样是从物质组成单元(即化学式)中各元素原子的质量比而推论为物质中各元素的质量比。化学式表示物质的最小组成单元(包括分子组成),而整个物质中各元素的原子组成与化学式中各元素的原子组成是一致的,因此只要求出了化学式中各元素的原子质量比,这个各元素的原子质量比,就是物质中各元素的质量比。对于这类有关化学式的计算,学生出现的主要问题是没有理解化学式的宏观含义可以表示一种物质以及表示该物质的元素组成,不能将物质中各元素的质量比转化为化学式中各原子的质量比。究其原因,除了前面几项学习中所产生的问题,学生对于化学式表示物质的单元(分子)组成,而单元(分子)组成与整个物质的组成是一致的这个原理不甚理解,因而造成了在计算物质中各元素质量比时出现概念指向不明及质量与微粒数目概念混淆的问题。
4.根据化学式计算一定量物质中所含某元素的质量
这类计算是在前面三类计算的基础上发展的较为高级的计算,其计算较之前三类计算多了一项计算技能,就是在已知某物质中M元素含量为b%的基础上,求akg物质中所含M元素的质量。进行此项内容的学习,学生必须有这样的知识,即分子是物质组成的最小单位,表示物质的化学式其实也是表示了这种物质的最小组成单位,然后转化成所有物质的组成就是这些小单位的无限重复。这类计算也可以看成是一个比例式的计算,只要将其换个形式理解,即百分含量是指每个组成单元中某元素原子的含量,这种计算就很容易被学生理解和接受了。
三、有关化学式计算的教学原理
有关化学式计算教学的研究说明,根据化学式进行计算需要两方面的基本技能,一方面是数学技能,另一方面是化学的基本概念要清晰。对数学技能的要求不高,主要是比例的计算,九年级学生进行比例计算是较为熟悉的,但将比例计算技能运用到化学式计算中产生困难的主要原因乃是化学基本概念掌握不牢固。在有关化学式的计算教学当中,学生掌握原子的形貌和化学式所表达的意思是基础,因为无论是分子或是化学组成单元,首先必须使学生理解到这些都是由不改变的原子组成的,而且每个原子的形貌和质量都是固定且不改变的,这样学生可以对分子和物质的组成单元就可以清晰地从原子的角度理解,各种有关质量的计算中就可以从他们的原有知识出发解决问题。其次是准确地理解相对原子质量,对相对原子质量应该理解为也是表示原子的质量的一个量,只不过相对原子质量不是以kg做单位,而是以一个化学科学中设定的一个值――一个碳原子质量的十二分之一的质量为一个单位来衡量原子的质量。如果学生将相对原子质量理解非表示原子的质量,那么有关化学式计算就丧失了学习的基础。
参考文献:
[1]周忠立.化学计算技能的培养[J].读与写,2008(5):147-158.
[2]王洪林.浅谈初中化学计算题教学[J].延边教育学院学报,2010(6):84-87.
【教学目标】
知识与技能:了解原子的构成及构成各粒子的特征。初步了解相对原子质量的概念,会查表找到相对原子质量。
过程与方法:通过学习,学会分析图表。
情感态度与价值观:建立物质是无限可分的唯物主义观点。
【教学重点】原子的构成及构成各粒子的特征
【教学难点】建立物质是无限可分的唯物主义观点
【教学方法】探究式学习法。
【教学资源】初中化学网
【教学过程】
一、思维联想、引入新授
1、分子和原子有何本质区别?
2、原子是最小的粒子吗?
二、进入新授
1、原子的构成
1)思考并回答:分子和原子都是构成物质的一种粒子,水是由构成,水分子由构成。铁由构成,那么原子能否再分?原子怎样构成的?
2)学生阅读教材P68-69第一自然段,交流对原子的构成的了解。
(每一个带一个单位的电荷)
原子核(不带电)
原子
(每一个电子带一个单位的电荷)
3)讨论:⑴在原子中有带正电荷的质子和带负电荷的电子,为什么整个原子不显电性?⑵你能画出氢原子的模型吗?
4)观察分析表4-2,你从中获得哪些信息?
A、核电荷数=
B、
C、
2、相对原子质量
1)写一写一个氢原子、一个氧原子的质量,思考:这样书写方便吗?原子的质量又该怎样衡量?
2)引入相对原子质量
概念:
理解:
3)练习查相对原子质量。71页练习3
4)相对原子质量的计算方法。
A、根据定义计算:
相对原子质量=原子的质量/一种碳原子质量的1/12
B、由质子数和中子数计算:
相对原子质量=质子数+中子数
想一想:相对原子质量为什么是质子数和中子数之和?
三、课堂练习
1、1999年度诺贝尔化学奖获得者艾哈迈德:泽维尔,开创了“飞秒”化学的新领域,使运用激光光谱技术观察化学反应时分子中原子的运动成为可能,你认为该技术不能观察到的是()
A化学变化中反应物分子的分解
B反应中原子的运动
C化学变化中生成物分子的形成
D原子核的内部结构
2、原子中决定相对原子质量大小的是()
A质子数和中子数B质子数和电子数
C中子数和电子数D核电荷数和电子数
3、硫原子的相对原子质量为32,质子数是16,则中子数是,电子数是,核电荷数是。
4、已知1个碳12原子原子质量为nkg,1个A原子的质量为mkg,则A原子的相对原子质量可表示为。
5、1个碳12原子的质量是1.993×10-26kg,1个氯原子的质量是5.888×10-26kg,则氯原子的相对原子质量是;相对原子质量为M,核内中子数为N的原子A,其核外电子数是。
6、下列关于原子的说法中,错误的是()
A原子是化学变化中的最小粒子B原子是最小的粒子
C原子核带正电荷,但原子不显电性D分子能直接构成物质,而原子不能
四、反思与体会
【教学后记】
课题2元素
知识与技能:了解元素的概念,理解元素与原子的区别与联系。
过程与方法:通过学习,学会认识物质组成与构成不同。
情感态度与价值观:将对物质的宏观组成与微观的认识统一起来。
【教学重点】元素的概念,元素与原子的区别与联系
【教学难点】学会认识物质组成与构成不同
一、回顾旧识,引入新授
(1)一个碳-12原子质量为mKg,某原子质量为nKg,则该原子的相对原子质量为。
(2)原子是怎样构成的?相同的原子有什么共同点?
1、元素的概念
阅读并讨论P71第二自然段
小结对元素的理解
2、元素与原子的比较:试一试列表比较元素与原子。
元素
区别
适用范围
联系
3、地壳中各元素的含量
⑴按质量分数计算,在地壳中含量前几位的元素依次是、、、_________。记忆:“养闺女贴盖”
⑵并不是含量少作用就小。
三、讨论P71[讨论]
四、活动与探究
⑴阅读资料,了解生物细胞中元素的含量。
⑵从生物学或科普书刊中查找几种食品的元素组成,并列表说明。
五、反思与体会
通过这节课的学习,我的收获和体会是:
知识与技能:了解元素符号所表示的概念,学会正确书写元素符号。记住一些常见的元素符号和名称。
过程与方法:采用师生合作的方式进行授课,教给学生必要的方法和技巧。
情感态度与价值观:使学生初步了解科学思想和科学方法。
【教学重点】正确书写元素符号
【教学难点】记住一些常见的元素符号和名称
【教学方法】师生合作法
一、回忆旧知,引入新授:
某药品说明书中标明:本品每克含铁15毫克,铜2毫克,锌1.5毫克。锰1毫克这里所标的所标的各成分是指()
A、分子B、原子C、元素D、无法确定
1、元素符号
为了便于交流,国际上规定了一套符号来表示一百多种元素。
⑴定义:
书写规则:
练习书写
钙元素镁元素氧元素铁元素
⑵元素符号表示的意义:
A、表示某元素
B、表示该元素的一个原子
C、表示相对原子质量
练习C、S、Fe、Ar等表示的意义。
思考:如何表示几个原子?
⑶常见元素符号的记忆歌诀(讨论记忆方法)
⑷元素周期表简介
阅读教材P74填写下列空白。
①科学家们根据,把它们科学有序地排列起来,得到元素周期表。
②元素周期表按元素递增的顺序给元素编号,叫做原子序数。
得等式===。
③编排结构
周期:
族:
元素周期表共个周期,个族。
④颜色分区:对金属非金属用不同颜色分区,并标有元素的相对原子质量。
三、活动与探究
教材P74“活动与探究”
四、课堂练习:P75/1、2、3、4
五、课外拓展:
讲述116、118号元素失踪的新闻报道,引导学生讨论。
六、板书设计
元素符号
一、定义:
二、元素符号表示的意义:
课题3离子
知识与技能:了解原子的核外电子是分层排布的。
过程与方法:边看边叙述或边讲边图式,用创设情景来展示电子分层运动,离子的形成等知识内容。
情感态度与价值观:通过对离子的形成的学习,使学生形成量变引起质变的辨证唯物主义观点。
【教学重点】核外电子分层运动的特点
【教学难点】离子的形成
一、回顾旧知:
1、以竞赛方式回忆1-20号元素符号的书写。
2、原子的结构及所带电荷的情况如何?
二、引入新授:电子在核外的空间里作高速的运动,那么,这些电子是怎样排布在核外空间的呢?
三、进入新授:
(一)核外电子的排布
1、阅读教材P76第二自然段后小结:
⑴电子层:核外电子经常出现的。
⑵核外电子的分层排布:。
⑶元素原子核外电子最少有1层,最多的有层,第一层离核最近,最外层电子数最多不超过个(只有一层的不超过2个)
2、认识钠原子结构示意图
你知道各部分的含义吗?(阅读教材第三自然段)
3、观察表4-4后得出:
4、核外电子排布规律:
⑴第一层最多排个电子,
⑵第二层上最多排个电子,
⑶最外层最多排个电子。
(二)原子结构与元素化学性质的关系。
(1)、阅读教材P76第四自然段至第一自然段后讨论:
理解:⑴稀有气体原子最外层电子数为8个(He为2个)为一种相对稳定结构,相对稳定性结构是指。在化学反应中一般,化学性质不活泼。
⑵金属元素原子最外层一般少于个电子,在化学反应中一般易,使次外层变为最外层而达到电子的相对稳定结构,化学性质活泼。
⑶非金属原子最外层一般电子,在化学反应中一般易,使最外层达到电子的相对稳定结构,化学性质活泼。
(2)、小结:元素的性质与原子核外电子的排布,特别是有密切的关系。
三:练习:试一试画出氦、氖、氩,钠、镁、铝,氧、硫、磷的原子结构示意图,并分析它们的化学性质。讨论如果要变成相对稳定结构会怎样?
四、板书设计
一、核外电子的排布
2、原子结构示意图
3、核外电子排布规律:
(二)原子结构与元素化学性质的关系
知识与技能:了解离子的概念,并掌握它的形成规律及与原子的区别。
过程与方法:采用指导阅读、组织讨论来进行教学,让抽象思维变换为形象思维。
情感态度与价值观:培养学生微观想象能力,推倒思维方法。
【教学重点】了解离子的概念
【教学难点】离子的表示
一、复习旧知:
⑴回忆在原子中:核电荷数===
⑵分析讨论金属元素、非金属元素、稀有气体元素的原子结构与化学性质的关系。
二、、引入新授:
分析11号、17号元素的原子结构示意图,分析其最外层电子数特点后印入。
(一)离子的形成
(1)定义:带电的原子或原子团。可分为阳离子和阴离子。
(2)表示方法——离子符号
书写要求:先写上元素符号,再在元素符号的右上角标明所带的电荷数,数字前,符号后,是“1”省略不写。
(3)练习书写离子符号:
氢离子H+镁离子Mg2+铝离子Al3+氟离子F-氧离子O2-硫离子S2-
(4)离子符号的含义
例:2Mg2+表示:一个镁离子表示:每一个镁离子带两个单位的正电荷
(5)阴、阳离子由于引力作用而形成不显电性的化合物,列如:NaCl等。
(二)离子与原子的比较
*
相互转化
(三)小结:构成物质的粒子有、、。
由原子直接构成的物质:例:
由分子构成的物质:例:
由离子构成的物质:例:
三、课堂练习P78/1、2
离子
阳离子
阴离子
概念
电性
表示方法
课题4化学式与化合价
知识与技能:了解化学式的概念及涵义,掌握一些简单化学式的写法和读法,理解化学式前和化学式中有关数字的不同涵义。
过程与方法:多采用组织讨论、指导阅读、讲练结合等方式进行教学。
情感态度与价值观:通过化学式的引入,对学生进行实事求是的科学态度的教育。
【教学重点】简单化学式的写法和读法
【教学难点】化学式的写法
一、复习旧知
⑴默写常见元素符号的记忆歌诀。
⑵写出物质分类表,每种物质各举两例,写出该物质的名称。
二、引入新授:
物质的名称很难表示一种物质的组成,为了便于认识和研究物质,在化学上常用元素符号来表示物质的组成。
三、进入新课:
(一)化学式
阅读教材P79后小结:
⑴定义:用元素符号来表示物质组成的示子。
⑵理解:
小组对话:H2O表示的各种意义。
想一想:CO2表示什么意义呢?
⑶小结:化学式表示的意义。
A、表示某种物质B、表示该物质的一个分子
C、表示组成物质的元素的种类D、表示一个分子中原子的个数
E、表示组成某物质的元素的原子个数比
⑷化学式的书写
金属:如Fe、Cu
直接用元素符号表示固态非金属:如C、P
A、单质的书写稀有气体:如He、Ne
用双原子表示—气态非金属:如O2、N2
B、化合物的书写(下课时)
⑸多个原子或多个分子的表示方法。
练习:
多个原子的表示:3个铁原子2个氢原子
多个分子的表示:3个氢分子2个氯分子
m个水分子n个二氧化碳分子
讨论:P79符号H、2H、H2、2H2各具有什么意义?
小结:在元素符号或化学式前面加上适当系数后只具有微观意义。
⑹化学式的读法:
单质化学式读法:除双原子分子构成的气体单质在元素名称后加“气”外,其余直接读元素名称。
化合物化学式读法:由两种元素组成的化合物的名称,一般读作“某化某”,例如NaCl读作氯化钠。有时还要读出化学式中各种元素的原子个数,例如CO读作二氧化碳,Fe3O4读作四氧化三铁。
练习读:CuArN2
三、活动与探究:P82以邻座同学为一小组,对以下题目进行练习,并互相订正。
1、写出溴化钠、氯化钠、氯化铝、二氧化氮的化学式。
2、读出以下化学式的名称:
MnO2CuOSO2KIMgCl2
四、课堂练习:基础训练
五、板书设计化学式
一、定义:用元素符号来表示物质组成的示子。
化学式表示的意义。
二、化学式的书写
知识与技能:了解化学式的涵义,知道一些常见元素和根的化合价,能利用化合价推求化学式,依据化学式表示某些物质组成。
过程与方法:应多采用组织讨论、指导阅读、讲练结合等方式进行教学,并使学生逐渐学会根据化学概念应用教学工具来解决化学问题。
情感态度与价值观:通过化学式的引入,对学生进行实事求是的科学态度的教育。
【教学重点】化合物化学式的书写
【教学难点】利用化合价推求化学式
1、写出下列物质的化学式:
铁、氧气、铜、硫、磷、金、镁、氮气、氖气
2、画出钠和氯的原子结构示意图
3、写出上述元素两两结合,可能形成的化合物的化学式其原子个数比为
二、进入新课
(一)化合价
定义:
原子团(根)定义:
⑴化合价表示方法+1+2-2-2
例:在化合物中:Na、Ca、S、SO4
想一想:化合价与离子的表示方法有何异同?
+1+2-2-1
思考:为什么Na而非Na,S而非S呢?
⑵化合价的确定及其规律
阅读教材P81页后填写
a、化合物中:氧为价,氢为价,金属元素一般显价,非金属元素一般显价。
b、两个零:化合物中各元素的化合价的代数和为0;单质中元素的化合价为0。
⑶化合价及根的化合价的记忆,记忆P80表4-6。
[活动与探究]a、以小组为单位进行化合价记忆比赛,看谁记得多,记得准。
b、试着编写能帮助记忆化合价韵语、歌谣或快板。
化合价记忆歌诀:一价钾钠卤氢银;二价氧钙钡镁锌;三铝四硅五三磷;二三铁、二四碳;二三四五氮;二四六硫锰齐全;铜汞二价最常见。
(二)化合价的计算与应用
⑴根据化合价原则书写化学式,看P81页例题
例:书写硫酸铝的化学式
+3-2
a正价前,负价后:AlSO4+3-2
b交叉约简定个数:Al2(SO4)3
c写右下,验正误:Al2(SO4)3(+3)×2+(-2)×3=0
小结写法:
练习书写化学式:
Cl
O
OH
SO4
NO3
CO3
Mg
-3+1-4+1
特例:NH3、CH4
⑵根据化学式(或原子团的化合价)推断元素的化合价。
a、讨论:P82:根据化合物中各元素正负化合价的代数和为0的原则,已知氧为-2价,计算二氧化硫里硫的化合价。
b、试确定SO32-中硫元素的化合价。
⑶根据化合价判断化学式是否正确。
如:ZnClHSO4MgOH2MgO2
是否正确,并改正。
三:课后练习:以单位为小组进行你问我答,练习书写化合物的化学式.
化合价的规律
1、化合物中:氧为价,氢为价,金属元素一般显价,非金属元素一般显价。
2、两个零:化合物中各元素的化合价的代数和为0;单质中元素的化合价为0。
知识与技能:了解相对分子质量的涵义,并能利用相对原子质量和相对分子质量计算物质的组成。能看懂某些商品、药品标签或说明书上标示的物质成分和含量。
过程与方法:鼓励学生主动与他人进行交流和讨论,清楚地表达自己的观点,使学生逐步形成良好的学习习惯和学习方法。
情感态度与价值观:通过从定量的角度对物质进行讨论,让学生体验由定性到定量认识事物的方法。
【教学重点】利用相对原子质量和相对分子质量计算物质的组成
【教学难点】化合物中元素质量分数的计算
【教学方法】分组练习法
1、用数字及符号表示:
氖气一个镁原子m个水分子
n个氯分子五个二氧化碳分子n个五氧化二磷分子
2、回忆化学式表示的意义(以CO2为例)
化学式除了有质的意义,还有量的意义。
(一)相对分子质量
(二)有关相对分子质量的计算
⑴计算相对分子质量
阅读教材P82页“1”后,
小结:元素与元素之间用“+”号,元素与右下角数字之间用“×”号。
练习:计算Cl2,2Ca(OH)2的相对分子质量或相对分子质量之和。
⑵计算物质中组成元素的质量比
看P82页“2”后,明确计算格式
只写元素符号或名称,不写个数;打括号,化成最简比。
练习;计算SO2、NH4NO3中各元素的质量比。
⑶计算物质中某元素的质量分数
阅读P82页“3”后,将该题简写成。
N%=2N/NH4NO3×100%=2×14/80×100%=35%
合作练习:计算NH4NO3、CO(NH2)2、(NH4)2SO4、NH4HCO3中氧元素的质量分数,并按肥效(含氮量)由高到低排列。
活动与探究:P83页(课后);P85页第11题。
⑷计算一定质量的某化合物中某元素的质量
[例]36g水通电后最多能放出氧气多少g?
解:m(O)=36×(O/H2O)×100%=36×(16/18)×100%=32g
答:略。
公式:某元素的质量=化合物的质量×化合物中该元素的质量分数
练习:100gFe2O380%的赤铁矿石理论上可炼铁多少g?
⑸确定化学式的计算
[例]吸入“笑气”会使人发笑。该气体是由氮、氧两种元素组成的化合物,相对分子质量为44,氮氧元素的质量比为7:4,则它的化学式为。
解:设该化合物的化学式为NxOy,则
14x:16y=7:4
14x+16y=44
所以x=2;y=1,故化学式为N2O
四、课堂练习:某金属元素R的氧化物中,R元素与氧元素的质量比为9:8,R的相对原子质量为27。试写出R的氧化物的化学式。
五、板书设计
第四单元整理与小结
知识目标:1、通过复习使学生掌握原子的构成及离子的形成、离子符号;2、使学生巩固化学式的书写方法及根据化合价书写化学式。
能力目标:通过复习培养学生综合计算的能力。
【教学重点】原子的构成及离子的形成、离子符号
【教学难点】学生综合计算的能力培养
一、知识结构整理
1、化学式的书写
B、化合物的书写
正价前,负价后;交叉约简定个数;右下,验正误
2、依据化学式计算
质子
原子核
结构中子
核外电子——核外电子排布
3、原子结构简图
相对原子质量
4、在描述物质的组成时用来叙述,描述物质构成时用叙述,描述分子构成时用来叙述。
三、专题总结及应用
1、A元素原子的电子层数为3,其原子的最外层有1个电子,已知A离子的核外电子数为n,则A原子的核电荷数是()
A、n+1B、n-1C、nD、n+3
2、某种氮的氧化物中,氮元素和氧元素的质量比为7:4,则该氧化物中氮元素的化合价()
A、+5价B、+3价C、+2价D、+1价
3、有一不纯的硝铵样品(硝铵NH4NO3),经分析其中含氮37%,则所含杂质可能是()
A、(NH4)2SO4B、CO(NH2)2C、NH4ClD、NH4HCO3
【关键词】化学计算解法技巧
在初中化学教育教学过程中,除了让学生掌握一些实验基本操作,理解和掌握一些常见物质的组成、性质和变化规律等外,掌握常见的化学计算及其解法,掌握各类化学计算的解题技巧,也是初中化学教育教学需要达成的一个重要目标。学习化学的目的是能够利用所学的化学知识去解决生活、生产中的一些实际问题。化学计算的作用之一是从理论上指导化学工业生产中原料与产品之间的质量关系,为化工生产提供真实的理论数据。初中化学计算主要有:根据化学式的计算、有关溶液的计算、根据化学方程式的计算和综合计算四大类型,它们是学习化学的重点环节之一。
一根据化学式的计算
1.计算物质的相对分子质量
相对分子质量等于物质化学式中各原子的相对原子质量之和。
在教学中发现学生往往把它变成了各种原子的相对原子质量之间积的形式,或是搞不清楚化学式前的系数、化学式中的下角标数字与各种原子的数目关系等。所以,在教学中要强调学生注意:(1)化学式前的系数与化学式中的各原子都是乘积的关系。(2)下角标数字也表示乘积关系。(3)如果化学式中含有括号,那么先要将括号里的各种元素的相对原子质量分别乘以下角标数字,然后再求原子的相对原子质量之和,或者先计算括号里面元素的相对原子质量之和,再乘以括号后面的下角标数字。
例1,计算2Ca(OH)2的相对分子质量。
解:2Ca(OH)2的相对分子质量=2×[40+(16+
1)×2]=2×74=148。
2.计算化合物中元素间的质量比
化合物中各元素的质量比等于化合物中各元素的相对原子质量之和之比,通常用最简整数比。
应注意的是:(1)元素的顺序与元素质量比值要对应。(2)要看清楚题目要求计算的元素种类;(3)元素质量比在书写时可以用元素名称表示,也可以用符号表示,但不能出现系数或下角标。
例2,计算硫酸钠(Na2SO4)中钠元素与氧元素的质量比。
解:钠元素∶氧元素(Na∶O)=(23×2)∶(16×4)
=23∶32
例3,计算硝酸铵(NH4NO3)中各元素的质量比。
在NH4NO3中元素只有三种,所以计算书写时不能是N∶H∶N∶O,正确的是N∶H∶O。
解:N∶H∶O=(14×2)∶(1×4)∶(16×3)
=7∶1∶12
3.计算化合物中某元素的质量分数
应注意的是:(1)在上述元素质量分数的表达式中,化合物化学式中的下角标原子数要写出乘积的形式,不能写出角标。(2)不要漏乘100%,否则它就不是质量分数,而是一个比值了。
例4,请计算硝酸铵(NH4NO3)中氮元素的质量分数。
答:硝酸铵中氮元素的质量分数是35%。
4.计算在一定质量的某化合物中某元素的质量
某元素的质量=化合物的质量×化合物中该元素的质量分数
例5,求88gCO2中含有的氧元素质量是多少g。
可先求出二氧化碳中氧元素的质量分数,再求氧元素的质量;也可以综合列式计算。
氧元素质量=88g×72.7%≈64.0g
答:88gCO2中含有的氧元素质量是64.0g。
5.有关混合物中某元素的质量分数的计算
这类计算实际就是讨论混合物中某元素的质量分数与某物质在混合物中的质量分数(物质的纯度)、纯净物中某元素的质量分数之间的关系。
混合物中某元素的质量分数=某物质在混合物中的质量分数×纯净物中某元素的质量分数
例6,国家某部门规定,化肥尿素[CO(NH2)2]中的含氮量不能低于40%,否则为不合格产品。某工厂生产的某品牌尿素经检测尿素含量为90%,问:该产品是否合格?
解:氮元素质量分数=尿素的纯度×尿素中氮元素的质量分数
因为42.0%>40%,该产品合格。
6.根据化合物中元素的质量比推导物质的化学式
元素的质量比等于各元素的相对原子质量总和之比。
在推导中可先设该化合物的化学式,如A、B表示某两种元素,x、y分别表示两种元素的原子个数比,即AxBy。
例7,已知某种氮的氧化物中氮元素与氧元素的质量比为7∶20,请写出该氧化物的化学式。
解:设该氧化物的化学式为NxOy
14x∶16y=7∶20
x∶y=2∶5
则该氧化物的化学式为N2O5。
二根据化学方程式的有关计算
根据化学方程式的有关计算主要有:(1)已知反应物或生成物的质量,计算生成物或反应物的简单计算;(2)含杂物质的计算;(3)涉及物质体积的化学方程式计算;(4)过量问题以及涉及多步化学反应的计算等形式。
1.已知反应物或生成物的质量,计算生成物或反应物的简单计算
例8,实验室用加热氯酸钾方法制取氧气。如果要制取64g氧气,需要多少克氯酸钾分解?
解:设需要氯酸钾的质量为x
x=163.3g
答:制取64g氧气,需要163.3g氯酸钾分解。
2.含杂物质的计算
根据化学方程式的计算中,只有用纯净物的质量才能进行计算。在已知的几个量中,需要找出纯净物的质量或计算出纯净物的质量,再代入化学方程式中进行计算。
例9,实验室要测定某石灰石的纯度。现取该石灰石样品10g与足量的稀盐酸充分反应(杂质不反应),共产生二氧化碳气体4.0g。求石灰石中碳酸钙的含量。
分析:根据生成二氧化碳的质量求出参加反应的碳酸钙质量,然后计算其纯度。
解:设10g石灰石样品中含有碳酸钙的质量为x
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2
=×100%=91%
答:石灰石中碳酸钙的含量为91%。
3.涉及气体密度、体积的化学方程式计算
例10,如果使13g金属锌与足量的稀硫酸充分反应,问用250ml的集气瓶大约可以收集几瓶?(已知氢气的密度为0.09g/L)
分析:根据纯净物锌的质量计算出氢气的质量,再将质量换算成氢气的体积。
解:设13g金属锌与足量的稀硫酸充分反应,产生的氢气质量为x。
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
生成H2的体积=≈4.44L=4440ml
4440ml÷250ml/瓶≈18瓶
答:用250ml的集气瓶大约可以收集18瓶。
三有关溶液的计算
有关溶液计算的形式主要有:(1)已知溶液中溶质、溶剂和溶液质量,计算溶质的质量分数;(2)配制一定质量分数的某溶液,计算所需要的溶质质量或溶剂质量;(3)溶液的稀释与浓缩(其中涉及溶液体积、溶液密度与溶液质量分数之间的转变关系)的计算;(4)两份同种溶质不同质量分数的溶液混合的溶液质量分数计算;(5)有关溶解度的计算等。
1.已知溶液中溶质、溶剂和溶液质量,计算溶质的质量分数
该形式的计算只需知道溶质、溶剂和溶液中任意两个的质量,利用它们之间的关系式就能进行相应的计算。
溶液质量=溶质质量+溶剂质量
2.计算配制一定质量分数的某溶液,所需要的溶质质量或溶剂质量
溶质质量=溶液质量×溶质质量分数
溶剂质量=溶液质量-溶质质量
例11,农业中常用16%~20%的硫酸铜溶液做杀虫剂。现需要配制2000g质量分数为18%的硫酸铜溶液,问需要硫酸铜和水各多少克?
解:硫酸铜的质量=2000g×18%=360g;
水的质量=2000g-360g=1640g。
3.溶液的稀释与浓缩
稀释的方法主要是增加溶剂质量,浓缩的方法有蒸发溶剂或增加溶质。
解决这类计算的根据是稀释或浓缩前后溶液中的溶质质量不变。
例12,要将500g质量分数为15%的NaOH溶液转变为20%的NaOH溶液。(1)需要蒸发多少克水?(2)如果加溶质,需要加入多少克的NaOH固体?
解:(1)设需要蒸发水的质量为x
500g×15%=(500g-x)×20%
x=125g
(2)需要加入NaOH固体的质量为y
500g×15%+y=500g×20%
y=25g
4.两份同种溶质不同质量分数的溶液混合的溶液质量分数计算
解决这类计算的依据是混合前溶液中所含溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量。
即:W1a%+W2b%=(W1+W2)c%
例13,将100g质量分数为10%的NaCl溶液与200g质量分数为20%的NaCl溶液混合,求混合后所得溶液的质量分数。
解:混合后所得溶液的质量分数为x
(100g×10%+200g×20%)=(100g+200g)x
x=16.7%
四综合计算
化学综合计算在近年学年水平考试中的主要考点有:化学式与化学方程式之间的计算;溶液质量分数与化学方程式间的综合计算;坐标图像、数据表格和物质标签与化学方程式间的综合计算等多种形式。
1.化学式与化学方程式之间的计算
利用化学反应中各物质的质量关系和质量守恒定律,有计算某几种物质质量比、推断某物质的化学式等考点。
例14,1.6g某物质R在氧气中完全燃烧,生成4.4g的二氧化碳和3.6g的水。请推断R中所含元素及化学式。
分析:(1)根据质量守恒定律先计算出参加反应的氧气的质量,再计算出4.4g的二氧化碳和3.6g的水中氧元素的质量;(2)氧气中氧元素质量——二氧化碳和水中氧元素的质量和,可知R中是否含氧元素及其质量;(3)化学反应中元素种类不变,可知R中的元素种类。(4)根据反应中物质质量关系,确定该反应中物质粒子(分子)的数量关系,写出化学方程式便可推知物质R的化学式。
2.溶液质量分数与化学方程式间的综合计算
解决这类计算的关键是:(1)写出发生反应的化学方程式;(2)求出反应后所得溶液中溶质的质量(包括原来已存在的溶质的质量以及反应中生成的溶质质量)和溶液质量。
例15,现有含有少量杂质硝酸钠的硝酸银固体样品40g,向其中滴加一定质量分数的氯化钠溶液至完全反应,共消耗该溶液200g,所得沉淀经过滤、干燥后称量质量为28.7g。求反应后所得溶液的质量分数。
解:设样品中硝酸银的质量为x,反应生成的硝酸钠质量为y。
AgNO3+NaCl=AgCl+NaNO3
样品中硝酸钠的质量=40g-34g=6g
反应后溶液中硝酸钠的总质量=6g+21.3g=27.3g
答:反应后所得溶液中NaNO3的质量分数为12.9%。
3.坐标图像、数据表格和物质标签与化学方程式间的综合计算
第一,有关坐标图像题:仔细分析坐标图像,获取有用信息。如坐标各轴表示的量、曲线上各点的意义等。
分析:在题目和坐标中给出的几种物质质量中,只有氢气是纯净物,解题中只能用氢气质量0.2g做已知量(计算量)。
解:设样品中锌的质量为x
答:该混合物样品中锌的纯度是65%。
第二,通过对表格中所给数据的分析,找出解决问题的有用数据。如充分反应时或完全反应时物质的量的关系。
例17,某化学兴趣小组用化学方法测定大理石样品中碳酸钙的含量。同学们称取5g大理石样品放入烧杯中(烧杯质量为30g),向烧杯中加入100g一定质量分数的稀盐酸。在反应过程中对这个烧杯进行了四次称量,记录如下表:
烧杯及药品的总重量(g)135134.4133.2133.2
问:(1)反应中产生二氧化碳的质量是g。(2)大理石样品中碳酸钙的含量是多少?
关键词:化学式计算题;原子个数比;元素质量比
化学是一门在原子、分子层面上研究物质的组成及其变化规律的科学,建立宏观、微观、化学符号之间的联系是化学学科特有的思维方式。在初中化学的学习中,化学式起到了承上启下的作用,它使学生的思维从具体物质发展到与化学符号相联系,初步形成了学习化学的理论基础,化学式的计算使学生对化学式有了更深刻的理解。在新课标要求下,初中阶段学生需要掌握以下五种化学式的计算:(1)计算化学式量;(2)计算化合物分子中各原子的原子个数比;(3)计算化合物中各元素的质量比;(4)计算某元素在化合物中所占的质量分数;(5)计算化合物中某元素的质量。针对教学中学生常出现的错误,我将化学式计算中的一些解题方法归纳如下几点。
一、计算化学式量
化学式量的计算相对简单,学生在学习中常出现的错误多是忘记乘以原子个数,还有计算过程的粗心导致计算错误,这些错误只需认真细心就可以避免。
二、计算化合物分子中各原子的原子个数比
计算原子个数比也是一种较为简单的化学计算,一般情况下就是每个分子中各种原子的脚标之比,但是有的原子在分子中不只出现一次,如,乙醇(CH3CH2OH)中的C和H、NH4NO3中的N等,此种情况下只需把各种原子及个数依次列出,合并相同的原子的个数即可。
三、计算化合物中各元素的质量比
化合物中各元素的质量比=(元素的相对原子质量×原子个数)之比,计算方法不难掌握,但是计算过程中要注意约分,尽量避免先算出乘积再算比值。如,醋酸(CH3COOH)中碳、氢、氧元素的质量比=(12×2):(1×4):(16×2)=6:1:8,在计算中先约分(同除以4),再算比值,会很容易得出结果。
以上计算难度不大,但需认真仔细,比如,有的学生经常看不清计算原子个数比还是各元素的质量比就开始想当然地计算,最终导致错误,事倍功半。
四、计算某元素在化合物中所占的质量分数
某元素在化合物中所占的质量分数=(元素的相对原子质量×原子个数)/化合物的相对分子质量×100%,此计算需要注意过程中的因式分解及约分,如,碳酸钙(CaCO3)中钙元素的质量分数=40/(40+12+16×3)×100%=40%。
五、计算化合物中某元素的质量
化合物中某元素的质量=化合物的质量×该元素在化合物中所占的质量分数,该类型题目在计算中需要注意数据的处理,如,瘦肉精盐酸克伦特罗(C12H18Cl2N2O)的相对分子质量为277,现有瘦肉精554g,计算其中的氯元素的质量。此题目并不难列式,氯元素的质量=瘦肉精的质量×氯元素的质量分数=554g×(35.5×2/277×100%),很多学生在练习中写到此,就开始埋头苦算括号内的数字,即氯元素的质量分数,保留几位小数后再乘以554,结果出来的数字非常麻烦,其实此题只需稍加观察就可发现554是277的2倍,约分后很容易就得出最终的结果142g。由此可以发现,在计算中要注意观察各数字之间的关系,能约分的先约分,这样使计算过程简洁,事半功倍。
初中化学要求掌握的这五种化学式的计算非常易懂,但是在教学中发现学生之所以容易出错就是对计算理解不透,将公式混淆或不能将公式变式应用,如,加碘食盐中会添加碘酸钾(KIO3),1000g加碘食盐中碘元素的质量为0.35g,碘酸钾中碘元素的质量分数为59.3%,计算1000g加碘食盐中碘酸钾的质量。学生乍看此题觉得不属于以上五种计算的一种,其实仔细分析便会发现此题是“化合物中某元素的质量=化合物的质量×该元素在化合物中所占的质量分数”的变式,即化合物的质量=化合物中某元素的质量/该元素在化合物中所占的质量分数,只要识破此处,问题就迎刃而解。
质量分数公式是计算质量分数的公式,质量分数是指某物质中某种成分的质量与该样品中总物质质量之比的百分数。如在溶液中溶质质量与溶液质量之比的溶质质量分数,在混合物中某种成分的质量分数,在化学式中某种元素的质量分数等。
质量分数指溶液中溶质质量与溶液质量之比,也指化合物中某种物质质量占总质量的百分比。质量分数也可以指化合物中各原子相对原子质量(需乘系数)与总式量的比值,即某元素在某物质中所占比例。溶解度是用来表示一定温度下,某物质在某溶剂中溶解性的大小。