反应物和生成物的简单计算

工厂要生产一批生石灰，需要投入多少石灰石？冶炼一吨铁，要消耗多少焦炭？炸药爆炸后能释放多少气体？这些问题表面上看起来是工程问题，背后的核心却是化学计算。掌握了化学方程式中各物质的质量比关系之后，只要给出其中一种物质的质量，就能通过比例推算出其余物质的质量。

规范的解题步骤

化学计算题有一套固定的解题格式，每一步都有明确的作用，缺少任何一步都可能导致答案错误或不完整。这套格式在初中阶段是通用的标准写法。

第一步：写出配平的化学方程式，这是一切计算的基础，方程式必须配平，否则质量比关系就是错误的。

第二步：在方程式下方标注各物质的质量比（化学计量数乘以相对分子质量），同时在对应位置写出题目中的“已知量”和“未知量”。

第三步：设未知数，建立比例关系，列出方程。

第四步：解方程，得出结果，并用质量守恒定律进行验证。

已知反应物质量，求生成物质量

这是最基础的计算类型。给定某种反应物的质量，根据化学方程式中的质量比，推算出生成某种产物的质量。

例题 1

煤的主要成分是碳。碳在空气中充分燃烧时，生成二氧化碳气体：

若完全燃烧 $24\text{ g}$ 碳，求生成二氧化碳的质量。

解题过程：

设生成 $\text{CO}_2$ 的质量为 $x$。

建立比例：

答：生成二氧化碳 $88\text{ g}$。

例题 2

铝在氧气中燃烧生成氧化铝，反应方程式为：

（已知：$M(\text{Al}) = 27$，$M(\text{O}_2) = 32$，$M(\text{Al}_2\text{O}_3) = 102$）

若有 $54\text{ g}$ 铝完全燃烧，求生成氧化铝的质量。

已知生成物质量，求反应物质量

这类计算是“正向计算”的逆过程。给出某种生成物的质量，反推需要多少反应物。工业生产中，往往先确定需要多少产品，再倒推原料用量，这种逆向思维在实际工程中十分常见。

例题 3

工业上通过高温还原赤铁矿（主要成分为氧化铁 $\text{Fe}_2\text{O}_3$）来炼铁，反应方程式为：

（已知：$M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160$，$M(\text{Fe}) = 56$）

若需要生产 $112\text{ g}$ 铁，求需要消耗多少氧化铁。

解题过程：

设需要 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 的质量为 $x$。

答：需要消耗氧化铁 $160\text{ g}$。

例题 4

水在通电条件下分解为氢气和氧气：

（已知：$M(\text{H}_2\text{O}) = 18$，$M(\text{O}_2) = 32$）

若收集到 $16\text{ g}$ 氧气，求同时生成了多少氢气，以及分解了多少水。

含有杂质的反应物计算

实验室和工业生产中使用的原料，大多不是纯净物，而是混有杂质的混合物。例如，天然石灰石中除了碳酸钙，还有少量泥沙；铁矿石中除了氧化铁，也含有石英等杂质。计算时，必须先从混合物中“分离出”纯净物的质量，再代入化学方程式进行计算。

纯物质与混合物之间的换算关系为：

其中，纯度是指某种纯净物在混合物中所占的质量百分比，通常以百分号（$\%$）表示。

例题 5

某石灰石样品中碳酸钙（$\text{CaCO}_3$）的质量分数为 $80\%$，杂质不参与反应。取 $50\text{ g}$ 该样品，在高温下加热至完全反应：

（已知：$M(\text{CaCO}_3) = 100$，$M(\text{CaO}) = 56$，$M(\text{CO}_2) = 44$）

求：（1）样品中纯 $\text{CaCO}_3$ 的质量；（2）生成 $\text{CaO}$ 的质量；（3）生成 $\text{CO}_2$ 的质量。

已知生成物反求混合物总量

有时题目告诉我们需要得到多少克产品，要求计算出需要准备多少克含杂质的原料。解题逻辑是：先用化学方程式求出需要的纯净物质量，再用纯度公式反推混合物总量。

例题 6

炼铁厂利用含 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 质量分数为 $70\%$ 的铁矿石炼铁，反应方程式为：

（已知：$M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160$，$M(\text{Fe}) = 56$）

练习题

选择题

第 1 题“知识点：已知反应物求生成物质量”

木炭在氧气中充分燃烧：$\text{C} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{CO}_2$，若消耗了 氧气，则生成二氧化碳的质量是：

A. $12\text{ g}$

B. $22\text{ g}$

C. $44\text{ g}$

D. $28\text{ g}$

第 2 题“知识点：已知生成物质量，反求反应物”

工业合成氨的反应为：$\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \xrightarrow{\text{高温高压}} 2\text{NH}_3$（，，），若生成了 氨气（），则消耗氮气的质量为：

A. $14\text{ g}$

B. $28\text{ g}$

C. $56\text{ g}$

D. $6\text{ g}$

第 3 题“知识点：含杂质反应物的计算”

某铁粉样品中铁的质量分数为 $80\%$，杂质不参与反应。取 $20\text{ g}$ 该样品与足量稀盐酸反应（$\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$），则参与反应的纯铁质量为：

A. $20\text{ g}$

B. $25\text{ g}$

C. $16\text{ g}$

D. $4\text{ g}$

第 4 题“知识点：含杂质计算的综合判断”

下列说法中，正确的是：

A. 含杂质的原料，可以直接将其总质量代入化学方程式计算

B. 纯度为 $90\%$ 的样品 $100\text{ g}$，其中纯物质的质量为 $90\text{ g}$

C. 样品中纯物质质量越大，杂质越少，纯度一定为 $100\%$

D. 杂质参与了化学反应，因此不能忽略

计算题

第 5 题“知识点：含杂质反应物的完整计算”

某工厂用含 $\text{CaCO}_3$ 质量分数为 $75\%$ 的石灰石生产生石灰（$\text{CaO}$），反应方程式为：

（已知：$M(\text{CaCO}_3) = 100$，$M(\text{CaO}) = 56$，$M(\text{CO}_2) = 44$，杂质不参与反应）

取 $200\text{ g}$ 石灰石，请计算：

（1）其中纯 $\text{CaCO}_3$ 的质量；

（2）完全反应后生成 $\text{CaO}$ 的质量；

（3）同时逸出 $\text{CO}_2$ 的质量。

第 6 题“知识点：已知生成物质量，反求含杂质原料的用量”

某地区用含 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 质量分数为 $80\%$ 的铁矿石炼铁，反应方程式为：

（已知：$M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160$，$M(\text{Fe}) = 56$，杂质不参与反应）

若需要生产 $168\text{ g}$ 铁，请计算：

（1）需要消耗纯 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 的质量；

（2）需要准备多少克该铁矿石。

消耗 $16\text{ g}$ 氧气，比例系数为 $\dfrac{16}{32} = 0.5$。

选 B。选项 A（$12\text{ g}$）是碳的质量；选项 C（$44\text{ g}$）是误将质量份数当成了结果；选项 D（$28\text{ g}$）与本题无关。

选 B。选项 A（$14\text{ g}$）是 $28 \div 2$ 的错误计算；选项 C（$56\text{ g}$）误把 $\text{N}_2$ 质量份数乘以 $2$；选项 D（$6\text{ g}$）是消耗 $\text{H}_2$ 的质量。

（2）设生成 $\text{CaO}$ 为 $x$，$\text{CO}_2$ 为 $y$：

比例系数为 $\dfrac{150}{100} = 1.5$，因此：

验证：$84 + 66 = 150\text{ g}$，等于参与反应的纯 $\text{CaCO}_3$ 质量，符合质量守恒定律。

答：（1）纯碳酸钙 $150\text{ g}$；（2）生成氧化钙 $84\text{ g}$；（3）逸出二氧化碳 $66\text{ g}$。

（2）设需要铁矿石的总质量为 $m$：

答：（1）需要纯氧化铁 $240\text{ g}$；（2）需要准备铁矿石 $300\text{ g}$。