化学计量
- 物质的量
- n = m/M
- 浓度
- c = n/V
- 物质的量之比
- 使用配平方程式中的系数
- 限量反应物
- 最先耗尽的那种反应物
- 产率
- 实际产量 / 理论产量 × 100%
方法
- 写出并配平化学方程式。
- 把已知质量换算为物质的量：n = m/M。
- 用系数作为物质的量之比，求出所需物质的物质的量。
- 用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，先找出限量反应物。
普通化学：速成包
公式表、每个专题的关键方法步骤和 14 道练习题，完整解答附在最后。
1公式与方法
物质的量浓度与稀释
- 物质的量浓度
- c = n/V (mol/L)
- 物质的量
- n = m/M
- 稀释
- c1V1 = c2V2
- 混合
- c = (c1V1 + c2V2)/(V1 + V2)
方法
- 用 n = m/M 把质量换算为物质的量。
- 把体积换算为升。
- 物质的量浓度 c = n/V，单位为 mol/L。
- 稀释时物质的量不变：c₁V₁ = c₂V₂。
理想气体定律
- 理想气体定律
- pV = nRT
- 气体常数
- R = 8.314 J/(mol·K)
- 联合气体定律
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- 物质的量
- n = m/M
- 温度
- T[K] = T[°C] + 273.15
量热与焓变
- 热量
- q = m·c·ΔT
- 水
- c = 4.18 J/(g·°C)
- 量热计
- 放出的热量 = 吸收的热量
- 反应焓变
- ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)
化学平衡
- 平衡常数
- Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
- ICE 表（三段式）
- 起始、变化（×化学计量数）、平衡
- 一元二次方程
- x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)
方法
- 写出 Kc：产物比反应物，各自以其系数为幂次。
- 列 ICE 表：初始量、变化量（按系数乘以 x 变化）、平衡量。
- 把平衡时的表达式代入 Kc，解出 x。
- 检查 x 是否足够小可以近似；否则解一元二次方程。
pH 与缓冲溶液
- pH
- pH = −log[H⁺]
- pOH
- pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
- 弱酸
- [H⁺] ≈ √(Ka·c)
- 缓冲溶液
- pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- 稀释
- c1V1 = c2V2
方法
- 判断该酸或碱是强的（完全电离）还是弱的。
- 强酸：[H⁺] 等于其浓度。强碱：先求 [OH⁻]。
- 弱酸：由 Ka = x²/(c − x) 解出 x = [H⁺]。
- pH = −log[H⁺]，25 °C 时 pH + pOH = 14。
反应动力学
- 一级
- ln(CA/CA0) = −kt
- 半衰期（一级）
- t½ = ln 2/k
- 二级
- 1/CA = 1/CA0 + kt
- 阿伦尼乌斯
- k = A·e−Ea/(RT)
- 两个温度
- ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)
2练习题
1.化学计量中等
4 g N2 与 40 g H2 按 N2 + 3H2 → 2NH3 反应。最多能生成多少质量 m 的 NH3？
M(N2) = 28.02M(H2) = 2.016M(NH3) = 17.03 g/mol
m = g
2.化学计量困难
在反应 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 中，30 g CH4 完全反应（其他反应物过量），收集到 64.2 g CO2。求产率 Y。
M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/mol实际: 64.2 g
Y = %
3.物质的量浓度与稀释中等
你需要 1000 mL 0.5 mol/L 的溶液，现有 6 mol/L 的储备液。 需要向储备液中加多少水 Vwater？
c1 = 6 mol/Lc2 = 0.5 mol/LV2 = 1000 mL
Vwater = mL
4.物质的量浓度与稀释困难
将 150 mL 1.5 mol/L 的溶液与 250 mL 同一物质的 0.75 mol/L 溶液混合。求混合液的浓度 c（体积可直接相加）。
c1 = 1.5 mol/LV1 = 150 mLc2 = 0.75 mol/LV2 = 250 mL
c = mol/L
5.理想气体定律中等
70 g Ar在 250 kPa 和 100 °C 下占多少体积 V？按理想气体处理。
m = 70 gM = 39.95 g/molP = 250 kPaT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.理想气体定律困难
按理想气体处理，求CO₂在 1000 kPa 和 200 °C 下的密度 ρ。
M = 44.01 g/molP = 1000 kPaT = 200 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.量热与焓变中等
将一块 250 g、温度为 160 °C 的锌块（c = 0.388 J/(g·°C)）投入隔热杯中 150 g、温度为 15 °C 的水（c = 4.18 J/(g·°C)）中。求末温 Tf。
mmetal = 250 gcmetal = 0.388 J/(g·°C)Tmetal = 160 °Cmwater = 150 gTwater = 15 °Ccwater = 4.18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.量热与焓变困难
利用标准生成焓求反应 2CH3OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O(l) 的 ΔH°。
ΔH°f(CH3OH) = −238.7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0
ΔH° = kJ
9.化学平衡中等
将 1 mol/L 的 H₂ 和 1 mol/L 的 I₂ 放入容器中发生反应：H₂ + I₂ ⇌ 2HI，Kc = 16。求平衡浓度 [H2]。
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LKc = 16
[H2] = mol/L
10.化学平衡困难
PCl₅ 发生分解：PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂，在反应温度下 Kc = 0.5。容器中起始时只有 0.1 mol/L 的 PCl₅。求平衡浓度 [PCl5]。
[PCl₅]₀ = 0.1 mol/LKc = 0.5
[PCl5] = mol/L
11.pH 与缓冲溶液中等
求 0.05 mol/L 苯甲酸（Ka = 6.3 × 10⁻⁵）溶液的 pH pH。
c = 0.05 mol/LKa = 6.3 × 10⁻⁵
pH =
12.pH 与缓冲溶液困难
1.00 L 缓冲溶液含 0.25 mol 苯甲酸 和 0.15 mol 其共轭碱（Ka = 6.3 × 10⁻⁵）。加入 0.025 mol NaOH。求新的 pH pH。
n(HA) = 0.25 moln(A⁻) = 0.15 moln(OH⁻) = 0.025 molKa = 6.3 × 10⁻⁵
pH =
13.反应动力学中等
速率方程为 −rA = k·CA² 的反应，k = 0.05 L/(mol·min)，初始浓度 1 mol/L。求 15 min 后的浓度 CA。
k = 0.05 L/(mol·min)CA0 = 1 mol/Lt = 15 min
CA = mol/L
14.反应动力学困难
两次实验测定反应 A → 产物的初始速率。CA0 = 0.4 mol/L 时速率为 0.012 mol/(L·s)；CA0 = 1.6 mol/L 时速率为 0.768 mol/(L·s)。求对 A 的反应级数 n。
CA0,1 = 0.4 mol/Lr1 = 0.012 mol/(L·s)CA0,2 = 1.6 mol/Lr2 = 0.768 mol/(L·s)
n =
3溶液
1.化学计量
答案: m = 4.862 g
化学计量：配平的方程式计的是粒子数，不是克数。用 n = m/M 把质量换算为物质的量，以方程式系数作为物质的量之比，再用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，限量反应物是先耗尽、决定生成多少产物的那一种。
各反应物的物质的量
n(N2) = 4/28.02 = 0.1428 mol
n(H2) = 40/2.016 = 19.84 mol
限量反应物
0.1428/1 = 0.1428, 19.84/3 = 6.614 → N2
产物的质量
n(NH3) = 0.1428·2 = 0.2855 mol
m = 0.2855·17.03 = 4.862 g
答案
m = 4.862 g
2.化学计量
答案: Y = 78 %
化学计量：配平的方程式计的是粒子数，不是克数。用 n = m/M 把质量换算为物质的量，以方程式系数作为物质的量之比，再用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，限量反应物是先耗尽、决定生成多少产物的那一种。
理论产量
n(CH4) = 30/16.04 = 1.87 mol
m = 1.87·1/1·44.01 = 82.31 g
产率
Y = 64.2/82.31·100 = 78%
答案
Y = 78%
3.物质的量浓度与稀释
答案: Vwater = 916.7 mL
物质的量浓度：c = n/V，单位为 mol/L，其中 n = m/M。稀释时加入的是溶剂而不是溶质，所以物质的量保持不变：c₁·V₁ = c₂·V₂。把同一溶质的两种溶液混合时，物质的量相加，体积也相加。
储备液体积
V1 = c2·V2/c1 = 0.5·1000/6 = 83.33 mL
需加水量
Vwater = 1000 − 83.33 = 916.7 mL
答案
Vwater = 916.7 mL
4.物质的量浓度与稀释
答案: c = 1.031 mol/L
物质的量浓度：c = n/V，单位为 mol/L，其中 n = m/M。稀释时加入的是溶剂而不是溶质，所以物质的量保持不变：c₁·V₁ = c₂·V₂。把同一溶质的两种溶液混合时，物质的量相加，体积也相加。
总物质的量
n = 1.5·150 + 0.75·250 = 412.5 mmol
混合液的浓度
c = 412.5/400 = 1.031 mol/L
答案
c = 1.031 mol/L
5.理想气体定律
答案: V = 21.74 L
理想气体定律：PV = nRT，其中 n = m/M。
物质的量
n = 70/39.95 = 1.752 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K
体积
V = nRT/P = 1.752·8.314·373.1/250 = 21.74 L
答案
V = 21.74 L
6.理想气体定律
答案: ρ = 11.19 kg/m³
理想气体密度：ρ = PM/(RT)。
整理气体定律
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 200 + 273.15 = 473.1 K
密度
ρ = 1000·44.01/(8.314·473.1) = 11.19 kg/m³
答案
ρ = 11.19 kg/m³
7.量热与焓变
答案: Tf = 34.43 °C
热量与焓：加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中，热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出：ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物)，每一项都乘以其化学计量数。
热量平衡
250·0.388·(160 − Tf) = 150·4.18·(Tf − 15)
求末温
Tf = (97·160 + 627·15)/(97 + 627) = 34.43 °C
答案
Tf = 34.43 °C
8.量热与焓变
答案: ΔH° = −1453 kJ
热量与焓：加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中，热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出：ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物)，每一项都乘以其化学计量数。
反应焓变
ΔH° = [2·(−393.5) + 4·(−285.8)] − [2·(−238.7) + 3·0] = −1453 kJ
答案
ΔH° = −1453 kJ
为负值：该反应放出热量（放热反应）。
9.化学平衡
答案: [H2] = 0.3333 mol/L
化学平衡：对于 aA + bB ⇌ cC + dD，平衡常数为 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)，其中使用平衡时的浓度。ICE 表（起始、变化、平衡，即三段式）通过一个未知数 x（按化学计量数缩放）把起始量与平衡量联系起来。
平衡表达式
16 = (2x)²/(1 − x)²
开平方
4 = 2x/(1 − x) → x = 1·4/(2 + 4) = 0.6667 mol/L
平衡浓度
[H₂] = 1 − x = 0.3333 mol/L
答案
[H2] = 0.3333 mol/L
10.化学平衡
答案: [PCl5] = 0.01459 mol/L
化学平衡：对于 aA + bB ⇌ cC + dD，平衡常数为 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)，其中使用平衡时的浓度。ICE 表（起始、变化、平衡，即三段式）通过一个未知数 x（按化学计量数缩放）把起始量与平衡量联系起来。
平衡表达式
0.5 = x²/(0.1 − x) → x² + 0.5·x − 0.05 = 0
解一元二次方程
x = (−0.5 + √(0.5² + 4·0.05))/2 = 0.08541 mol/L
平衡浓度
[PCl₅] = 0.1 − 0.08541 = 0.01459 mol/L
答案
[PCl5] = 0.01459 mol/L
11.pH 与缓冲溶液
答案: pH = 2.759
pH：pH = −log₁₀[H₃O⁺]，pOH = −log₁₀[OH⁻]，25 °C 时 pH + pOH = 14。强酸和强碱完全电离。弱酸只部分电离：Ka = x²/(c − x)，其中 x = [H₃O⁺]。由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液遵循亨德森–哈塞尔巴尔赫方程：pH = pKa + log([A⁻]/[HA])。
平衡
HA ⇌ H⁺ + A⁻：有 x mol/L 的酸电离。
Ka = x²/(0.05 − x) → x = 0.001744 mol/L
pH
pH = −log(0.001744) = 2.759
答案
pH = 2.759
12.pH 与缓冲溶液
答案: pH = 4.092
pH：pH = −log₁₀[H₃O⁺]，pOH = −log₁₀[OH⁻]，25 °C 时 pH + pOH = 14。强酸和强碱完全电离。弱酸只部分电离：Ka = x²/(c − x)，其中 x = [H₃O⁺]。由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液遵循亨德森–哈塞尔巴尔赫方程：pH = pKa + log([A⁻]/[HA])。
中和
n(HA) = 0.25 − 0.025 = 0.225 mol
n(A⁻) = 0.15 + 0.025 = 0.175 mol
亨德森–哈塞尔巴尔赫方程
pH = 4.201 + log(0.175/0.225) = 4.092
答案
pH = 4.092
13.反应动力学
答案: CA = 0.5714 mol/L
反应速率：一级反应 −dC/dt = kC，所以 C = C₀·e−kt，半衰期 ln 2/k 与浓度无关。二级反应 1/C = 1/C₀ + kt。速率常数随温度按阿伦尼乌斯公式增大：k = A·e−Ea/(RT)。
二级积分速率方程
1/CA = 1/CA0 + kt = 1 + 0.05·15 = 1.75 L/mol
CA = 1/1.75 = 0.5714 mol/L
答案
CA = 0.5714 mol/L
14.反应动力学
答案: n = 3
初始速率法：对 r = k·Cⁿ，比较只有初始浓度不同的两次实验即可消去 k：r₂/r₁ = (C₂/C₁)ⁿ。C 加倍时，一级反应速率加倍，二级反应速率变为四倍。
比值
r2/r1 = 0.768/0.012 = 64
C2/C1 = 1.6/0.4 = 4
级数
n = ln(64)/ln(4) = 3
答案
n = 3
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