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  4. 化学反应方程式的配平化学式的写法和意义物质的相互转化和制备

“暖宝宝”已成为寒冬季节中小学生取暖的最爱.“暖宝宝”的主要化学成分为:还原铁粉(Fe)、活性炭(C)、食盐(NaCl)、水(H2O)、氧气(O2)和蛭石,发热原理主要是利用铁氧化反应放出热

一、题文

“暖宝宝”已成为寒冬季节中小学生取暖的最爱.“暖宝宝”的主要化学成分为:还原铁粉(Fe)、活性炭(C)、食盐(NaCl)、水(H2O)、氧气(O2)和蛭石,发热原理主要是利用铁氧化反应放出热量来发热.其中涉及的反应方程式有:
①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
②4Fe(OH)2+O2+2H2O=xFe(OH)3
③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
请问:
(1)上述反应中的x=______.
(2)暖宝宝”中铁元素最终以化合物形式存在,其化学式为______.

考点提示:化学反应方程式的配平,化学式的写法和意义,物质的相互转化和制备

二、答案

(1)在4Fe(OH)2+O2+2H2O=xFe(OH)3中反应前铁、氧、氢的原子个数分别为4、12、12,反应后铁、氧、氢原子的个数分别为1、3、3,因此Fe(OH)3的化学计量数是4;
(2)根据三个反应原理,铁最终转化为氧化铁,化学式为Fe2O3
故答案为:(1)4;(2)Fe2O3

三、考点梳理

知名教师分析,《“暖宝宝”已成为寒冬季节中小学生取暖的最爱.“暖宝宝”的主要化学成分为:还原铁粉(Fe)、活性炭(C)、食盐(NaCl)、水(H2O)、氧气(O2)和蛭石,发热原理主要是利用铁氧化反应放出热》这道题主要考你对 化学反应方程式的配平化学式的写法和意义物质的相互转化和制备 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:化学反应方程式的配平,化学式的写法和意义,物质的相互转化和制备

考点名称:化学反应方程式的配平
  • 化学方程式的配平:
          根据质量守恒定律,反应前后原子的种类和数目不变,在反应物和生成物的化学式前配上适当的化学计址数,使各种元素的原子个数在反应前后相等。
  • 配平常用方法:
    (1)最小公倍数法
    ①找出化学方程式左、右两边各出现一次,且原子个数既不相等又相对较多的元素,求出最小公倍数。
    ②用最小公倍数分别除以含有该元素的化学式中该元素的原子个数,其商就是化学式前的化学计量数。
    ③由已有的化学计量数,确定其他化学式的化学计量数。如配平:P+O2P2O5,反应前有1个氧分子(即2个氧原子),反应后有5个氧原子,最小公倍数为2× 5=10,O2的化学计量数为10/2=5,P2O5的化学计量数为10/5=2,那么P的化学计量数为4,把短线改为等号:4P+5O22P2O5

    (2)观察法:
    如配平:CO+Fe2O3Fe+CO2,观察发现此反应的1个特点是1个CO分子结合1个氧原子生成1个CO2分子,而Fe2O3中提供了3个氧原子,需要与3个CO分子结合生成3个CO2分子,因此CO,CO2前均配上化学计量数3,Fe的化学计量数为2,把短线改为等号:3CO+Fe2O32Fe+3CO2

    (3)奇数配偶法
    配平方法的要点:找出化学方程式两边出现次数最多而且在化学式中原子个数总是一奇一偶的元素,在原子个数是奇数的化学式前配上最小的偶数2,使原子个数由奇数变为偶数并加以配平,若2配不平,再换成4。如配平:FeS2+O2Fe2O3+SO2。 氧元素是该化学方程式中出现次数最多的元素, Fe2O3中的氧原子个数为奇数(3个),先在Fe2O3前配化学计量数2,接着在FeS2前面配上化学计量数4,使两边的铁原子个数相等。4FeS2+O22Fe2O3+SO2;再在SO2前面配上化学计战数8,使两边S原子个数相等,4FeS2+O22Fe2O3+8SO2;那么生成物各物质前的化学计量数都已确定,氧原子个数也确定,一共22 个,所以在O2前面必须加上化学计量数11才能使化学方程式配平,最后将短线改成等号,即4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

    (4)定一法
    定一法又叫原子守恒法,它适用于配平较复杂的化学方程式,其配平步骤为:
    ①将式中最复杂的化学式的化学计量数定为1,作为配平起点;
    ②根据原子个数守恒确定其他物质的化学计量数 (可为分数);
    ③若配平后化学计量数出现分数,则在式子两边同乘其分母数,使化学计量数之比变成最简整数比。例如:配平CH3OH+O2CO2+H2O。

    (5)待定系数法
    C2H2+O2CO2+H2O
    设化学式前的化学计量数分别为a,b,c,d,
    aC2H2+bO2==cCO2+H2O.
    根据质量守恒定律有:
    碳原子数:2a=c
    氢原子数:2a=2d
    氧原子数:2b=2c+d
    解得a:b:c:d==2:5:4:2
    化学方程式为2C2H2+5O24CO2+2H2O

    配平步骤:
    a.所给化学方程式中,化学式CH3OH最复杂,将其化学计量数定为1,作为配平起点;
    b.通过观察,根据碳原子守恒,在CO2前配上化学计量数1,根据氢原子守恒,在H2O前配上化学计量数2,故生成物中含有氧原子数为1×2+2×1=4,而反应物CH3OH中有一个氧原子,故O2前化学计量数为(4一1)/3 =3/2
    c.通分化整,将式子两边化学式前的化学计量数都同乘2,去掉O2前化学计量数的分母,化学方程式即配平。
    配平结果:2CH3OH+3O22CO2+4H2O
考点名称:化学式的写法和意义
  • 概念:
    用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子,叫做化学式。如可用O2,H2O,MgO分别表示氧气、水、氧化镁的化学式。

    对概念的理解:
    (1)混合物不能用化学式表示,只有纯净物才能用化学式表示。
    (2)每一种纯净物只有一个化学式,但一个化学式有可能用来表示不同的物质。如氧气的化学式是O2,没有别的式子再能表示氧气;P既是红磷的化学式,也是白磷的化学式。
    (3)纯净物的化学式不能臆造,化学式可通过以下途径确定:
    ①科学家通过进行精确的定量实验,测定纯净物中各元素的质量比,再经计算得出。
    ②已经确定存在的物质可根据化合价写出。

    书写规则:
    1.单质化学式的写法:
    首先写出组成单质的元素符号,再在元素符号右下角用数字写出构成一个单质分子的原子个数。稀有气体是由原子直接构成的,通常就用元素符号来表示它们的化学式。金属单质和固态非金属单质的结构比较复杂,习惯上也用元素符号来表示它们的化学式。
    2.化合物化学式的写法:
    首先按正前负后的顺序写出组成化合物的所有元素符号,然后在每种元素符号的右下角用数字写出每个化合物分子中该元素的原子个数。一定顺序通常是指:氧元素与另一元素组成的化合物,一般要把氧元素符号写在右边;氢元素与另一元素组成的化合物,一般要把氢元素符号写在左边;金属元素、氢元素与非金属元素组成的化合物,一般要把非金属元素符号写在右边。直接由离子构成的化合物,其化学式常用其离子最简单整数比表示。

    化学式的读法:

    一般是从右向左叫做“某化某”,如“CuO”叫氧化铜。当一个分子中原子个数不止一个时,还要指出一个分子里元素的原子个数,如“P2O5”叫五氧化二磷。有带酸的原子团要读成“某酸某”如“CuSO4”叫硫酸铜,还有的要读“氢氧化某”,如“NaOH”叫氢氧化钠。“氢氧化某”是碱类物质,电离出来的负电荷只有氢氧根离子。
  • 化学式的意义:
    (1)由分子构成的物质
    化学式的含义以H2O为例
    质的含义宏观①表示一种物质
    ②表示物质的元素组成
    ①表示水
    ②表示水是由氢、氧两种元素组成的
    微观①表示物质的一个分子
    ②表示组成物质每个分子的原子种类和数目
    ③表示物质的一个分子中的原子总数
    ①表示一个水分子
    ②表示一个水分子是由两个氧原子和一个氧原子构成的
    ③表示一个水分子中含有三个原子
    量的含义①表示物质的相对分子质量
    ②表示组成物质的各元素的质量比
    ③表示物质中各元素的质量分数
    ①H2O的相对分子质R =18
    ②H2O中氢元素和氧元素质量比为1:8
    ③H2O中氢元素的质量分数=100%=11.1%

    (2)由原子构成的物质(以Cu为例)
    宏观:
    表示该物质:铜
    表示该物质由什么元素组成:铜由铜元素组成
    微观:表示该物质的一个原子—一个铜原子。
  • 化学式和化合价的关系:
    (1)根据化学式求化合价
    ①已知物质的化学式,根据化合价中各元素的正负化合价代数和为0的原则确定元素的化合价。
    标出已知、未知化合价:
    列出式子求解:(+1)×2+x×1+(-2)×3=0 x=+4
    ②根据化合价原则,判断化学式的正误,如判断化学式KCO3是否正确
    标出元素或原子团的化合价
    计算正负化合价代数和是否为0:(+1)×1+(-2)×1=-1≠0,所以给出的化学式是错误的,正确的为K2CO3
    ③根据化合价原则,计算原子团中某元素的化合价,如计算NH4+中氮元素的化合价和H2PO4-(磷酸二氢根)中磷元素的化合价。
    由于NH4+带一个单位的正电荷,不是电中性的,因此各元素的化合价代数和不为多,而是等于+1. 设氮元素的化合价为x
    x+(+1)×4=+1 x=-3
    所以在NH4+中,氮元素的化合价为-3. 同理H2PO4-带一个单位的负电荷、不是电中性的、因此各元素的化合价代数和不为零,而是-1.
    设磷元素的化合价为y
    (+1)×2+y+(-2)×4=-1 y=+5 所以在H2PO4-中磷元素的化合价为+5.
    ④根据化合价原则,确定物质按化合价的排序。如H2S,S,SO2,H2SO4四种物质中均含有硫元素,并且硫元素的化合价在四种物质中分别为:-2,0, +4,+6,故这四种物质是按硫元素的化合价由低到高的顺序排列的。

    (2)根据化合价写化学式
    根据化合物中化合价的代数和等于0的原则,已知元素的化合价可以推求实际存在物质的化学式,主要方法有两种:
    ①最小公倍数法

    步骤举例
    一般把正价元素的符号(或原子团)写在左边,负价元素的符号(或原子团)写在右边,并把化合价写在元素符号(或原子团)的正上方
    求出两种元素化合价绝对位的最小公倍数,然后求出每种元素的原子个数=因为|-2|×|+3|=6,所以Al原子个数为6/3=2,O原子个数=6/2=3
    将原子个数写在相应元素符号的正下角Al2O3
    检验各种元素正负化合价的代数和是否为0,确定化学式的正确性(+3)×2+(-2)×3=0,所以该化学式正确。

    ②交叉法
    步骤例1 硫酸铜例2 氧化钙
    排列分析名称,确定元素符号(或原子团)的顺序铝 硫酸根
    Al  SO4
    钙 氧
    Ca  O
    标价标上化合价 、  、
    约简将化合价的绝对值约成最简整数比 、
    交叉将整数交叉写在元素符号(或原子团)的右下角
    检验根据正负化合价代数和是否为0,检验正误(+3)×2+(-2)×3=0(+2)+(-2)=0

    确定化学式的几种方法:
    1. 根据化合价规则确定化学式
    例1:若A元素的化合价为+m,B元素的化合价为-n,已知m与n都为质数,求A,B两元素化合后的物质的化学式。
    解析:由题意知正、负化合价的最小公倍数为m ·n,A的原子个数为(m·n)/m=n,B的原子个数为 (m·n)/n=m
    答案:所求化学式为AnBm.

    2. 根据质量守恒定律确定化学式
    例2:根据反应方程式2XY+Y2==2Z,确定Z 的化学式
    解析:根据质量守恒定律,反应前后原子种类不变,原子数目没有增减,反应前有两个X原子,四个Y原子,则两个Z分子含有两个X原子和四个Y原子。
    答案:z的化学式为XY2

    3. 利用原子结构特征确定化学式
    例3:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,求X、Y两元素所形成的化合物的化学式。
    解析:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,X原子易得1个电子,Y原子易失2个电子,根据电子得失相等可求化合物的化学式为YX2

    4.利用元素质量比确定化学式:
    例4:有一氮的氧化物,氮、氧两元素的质量比为7: 4,求此氧化物的化学式。
    解析:设此氧化物的化学式为NxOy,根据xN:yO =7:4 得14x:16y=7:4,即x:y=2:1。
    答案:所求氧化物的化学式为N2O。

    5. 利用化学式中所含原子数、电子数确定化学式
    例5:某氮氧化合物分子中含有3个原子,23个电子,求此化合物的化学式。
    解析:设此化合物的化学式为NxOy,则
    x+y=3
    7x+8y=23
    解得x=1,y=2
    答案:所求化学式NO2

    利用化学式的变形比较元素的原子个数:

    例:质量相等的SO2和SO3分子中,所含氧原子的个数比为?
    解析:SO2的相对分子质量为64,SO3的相对分子质量为80,二者的最小公倍数是320,二者相对分子质量相等时物质的质量相同,转化为分子个数SO2 为320/64=5,SO3为320/80=4,即5SO2与4SO3质量相同,所以含氧原子的个数比为(5×2):(4×3)=10:12=5:6。
    四、利用守恒法进行化学式计算:
    例:由Na2S、Na2SO3、Na2SO4三种物质构成的混合物中,硫元素的质量分数为32%,则混合物中氧元素的质量分数为?
     解析:在Na2S,Na2SO3,Na2SO4中,钠原子与硫原子的个数比是恒定的,都是2:1,因而混合物中钠、硫元素的质量比(或质量分数比)也是恒定的。设混合物中钠元素的质量分数为x,可建立如下关系式。
    Na ——S
    46  32
    x   32%
    46/32=x/32%
    解得x=46%
    混合物中氧元素的质量分数为1-32%-46%=22%。

    利用平均值法判断混合物的组成

    找出混合物中各组分的平均值(包括平均相对原子质量、平均相对分子质量、平均质量、平均质量分数等),再根据数学上的平均值原理,此平均值总是介于组成中对应值的最大值与最小值之间,由此对混合物的组分进行推理判断。
    例:某气休可能由初中化学中常见的一种或多种气体组成,经测定其中只含C,O两种元素,其质量比为3:8,则该气体可能是?
    解析:由题给条件知,该气体只含C,O两种元素,而这两种元素组成的气体可能是CO2、CO,O2。CO2中C,O两种元素的质量比是3:8,CO中C,O两种元素的质量比是3:4,O2中C,O两种元素的质量比是0 (因C的质量为0)。题中给出该气体中C,O两种元素的质量比是3:8,故符合题意的气体组成为:CO2或 CO,O2或CO,O2,CO2。

    利用关系式法解题技巧:
    关系式法是根据化学式所包含的各种比例关系,找出已知量之间的比例关系,直接列比例式进行计算的方法。
    例: 多少克(NH4)2SO4与42.4g尿素CO(NH2)2所含的氮元素质量相等?
    设与42.4g尿素中所含氮元素质量相等的(NH4)2SO4的质量为x
    (NH4)2SO4——2N——CO(NH2)2
      132         60
       x         42.4g
    132/x=60/42.4g
    x=93.28
  • 化学式前和化学式中数字的含义:
    ①化学式前面的数字表示粒子(原子、分子)数目;
    ②离子符号前的数字表示离子的数目;
    ③化学式石一下角的数字表示该粒子中对应原子或原子团的数目;
    ④离子符号右上角的数字表示该离子所带电荷数。
考点名称:物质的相互转化和制备
  • 物质的相互转化和制备:
          主要是指以氧气、氢气、碳、硫、磷等为代表的非金属单质,以铝、镁、锌、铁、铜为代表的金属单质,以一氧化碳、二氧化碳等为代表的非金属氧化物,以氧化铜、氧化铁等为代表的金属氧化物,以盐酸、硫酸、碳酸等为代表的酸,以氢氧化钠、氢氧化钙等为代表的碱,以氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙等为代表的盐,等等物质之间的相互和制备.
    物质的相互转化:

  • 氢氧化钠与氢氧化钙的制备:
    (1)NaOH的制备
    方法一:Na2O+H2O==2NaOH
    方法二:Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓ +2NaOH
    (2)Ca(OH)2的制备方法:CaO+H2O==Ca(OH)2

    常见物质的相互转化:
    Na→Na2O→NaOH→Na2CO3
    C→CO→CO2→H2CO3
    Fe→Fe2O3→Fe2(SO43→Fe(OH)3→FeCl3
    S→SO2→SO3→H2SO4(单质硫不能直接转化为SO3)
  • 各类物质间的转化关系:


    (1)金属+金属氧化物(碱性氧化物)

    (2)碱性氧化物(可溶)+水碱(可溶)
     
    (3)碱(难溶)碱氧(难溶)+水

    (4)酸+碱盐+水

    (5)非金属+非金属氧化物(酸性氧化物)
     
    (6)酸性氧化物(易溶)+水酸(易溶)
     
    (7)酸(易挥发/难溶)酸氧+水(易挥发/难溶)

    从纵向来看,金属碱性氧化物盐,其中金属元素相同。
    非金属酸性氧化物酸(含氧酸)盐,其中非金属元素相同。
    横向:
    (8)金属+非金属(无氧酸)

    (9)碱氧+酸氧(含氧酸)
     
    (10)含氧酸盐碱氧+酸氧
     
    (11)盐+盐两种新盐

    交叉:
    (12)酸+碱氧盐+水
     
    (13)碱+酸氧盐+水
     
    (14)酸+盐新酸+新盐
     ;
    (15)碱+盐新碱+新盐
     
    (16)金属+酸盐+

    (17)金属+盐新盐+新金属
    (18)金属+盐新盐+新金属
     (置换反应)

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