IB Edexcel Chemistry: Typical Worked Examples | IB Edexcel 化学：典型例题详解

📚 IB Edexcel Chemistry: Typical Worked Examples | IB Edexcel 化学：典型例题详解

This article provides detailed solutions to typical exam questions from both IB and Edexcel Chemistry curricula. Covering core topics such as stoichiometry, energetics, kinetics, equilibrium, organic chemistry, and spectroscopy, these worked examples illustrate step-by-step reasoning, common pitfalls, and essential formulas. Whether you are preparing for IB Higher Level or Edexcel A-Level, mastering these examples will strengthen your problem-solving skills and conceptual understanding.

本文精选 IB 和 Edexcel 化学课程中的典型例题，提供详细解答，涵盖化学计量、能量学、动力学、平衡、有机化学及光谱分析等核心主题。通过这些逐步解析，你将掌握解题思路、常见误区及关键公式，无论准备 IB 高水平还是 Edexcel A-Level，都能有效提升解题能力与概念理解。

1. Stoichiometry and Percentage Yield | 化学计量与产率计算

3CO₂(g). The actual mass of Fe obtained is 2.50 g. Calculate the percentage yield of iron.

例题：5.00 g Fe₂O₃ 与过量 CO 反应，方程式为 Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g)。实际获得铁的质量为 2.50 g。求铁的产率。

the moles of Fe₂O₃ used. Molar mass of Fe₂O₃ = (2 × 55.85) + (3 × 16.00) = 159.7 g mol⁻¹.

解析：首先计算 Fe₂O₃ 的物质的量。Fe₂O₃ 的摩尔质量 = (2 × 55.85) + (3 × 16.00) = 159.7 g mol⁻¹。

Moles of Fe₂O₃ = 5.00 g / 159.7 g mol⁻¹ ≈ 0.0313 mol.

Fe₂O₃ 的物质的量 = 5.00 g / 159.7 g mol⁻¹ ≈ 0.0313 mol。

, 1 mol Fe₂O₃ produces 2 mol Fe, so theoretical moles of Fe = 0.0313 mol × 2 = 0.0626 mol.

根据计量关系，1 mol Fe₂O₃ 生成 2 mol Fe，所以理论 Fe 的物质的量 = 0.0313 mol × 2 = 0.0626 mol。

Theoretical mass of Fe = 0.0626 mol × 55.85 g mol⁻¹ ≈ 3.50 g.

理论 Fe 质量 = 0.0626 mol × 55.85 g mol⁻¹ ≈ 3.50 g。

Percentage yield = (actual mass / theoretical mass) × 100% = (2.50 g / 3.50 g) × 100% ≈ 71.4%.

产率 = (实际质量 / 理论质量) × 100% = (2.50 g / 3.50 g) × 100% ≈ 71.4%。

Common pitfall: forgetting to convert between moles and mass using the balanced equation; always check the mole ratio.

常见误区：忘记使用配平方程式在物质的量和质量之间转换；务必检查物质的量之比。

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2. Ideal Gas Equation Applications | 理想气体方程的应用

100 kPa. Its mass is 0.423 g. Determine the molar mass of the gas. (R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹)

例题：某未知气体在 20 °C、100 kPa 下的体积为 250 cm³，质量为 0.423 g。求该气体的摩尔质量。（R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹）

+ 273 = 293 K; P = 100 kPa = 1.00 × 10⁵ Pa; V = 250 cm³ = 250 × 10⁻⁶ m³ = 2.50 × 10⁻⁴ m³.

解析：将单位转换为 SI：T = 20 + 273 = 293 K；P = 100 kPa = 1.00 × 10⁵ Pa；V = 250 cm³ = 250 × 10⁻⁶ m³ = 2.50 × 10⁻⁴ m³。

e PV = nRT. n = PV / RT = (1.00 × 10⁵ Pa) × (2.50 × 10⁻⁴ m³) / (8.31 J K⁻¹ mol⁻¹ × 293 K).

使用 PV = nRT：n = PV / RT = (1.00 × 10⁵ Pa) × (2.50 × 10⁻⁴ m³) / (8.31 J K⁻¹ mol⁻¹ × 293 K)。

× 10⁵ × 2.50 × 10⁻⁴ = 25.0. Denominator: 8.31 × 293 ≈ 2435. n = 25.0 / 2435 ≈ 0.01027 mol.

计算分子：1.00 × 10⁵ × 2.50 × 10⁻⁴ = 25.0。分母：8.31 × 293 ≈ 2435。n = 25.0 / 2435 ≈ 0.01027 mol。

Molar mass = mass / n = 0.423 g / 0.01027 mol ≈ 41.2 g mol⁻¹.

摩尔质量 = 质量 / n = 0.423 g / 0.01027 mol ≈ 41.2 g mol⁻¹。

pressure in pascals (Pa) and volume in cubic metres (m³) when using R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹.

关键提示：当使用 R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹ 时，务必将压力换算为帕斯卡（Pa）、体积换算为立方米（m³）。

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3. Hess's Law and Enthalpy Changes | 赫斯定律与焓变计算

Example: Calculate ΔH° for the reaction: 2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g) given the following data:
(1) C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) → 2CO₂(g) + H₂O(l) ΔH° = –1300 kJ mol⁻¹
(2) C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH° = –394 kJ mol⁻¹
(3) H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH° = –286 kJ mol⁻¹

例题：利用以下数据计算反应 2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g) 的 ΔH°：
(1) C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) → 2CO₂(g) + H₂O(l) ΔH° = –1300 kJ mol⁻¹
(2) C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH° = –394 kJ mol⁻¹
(3) H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH° = –286 kJ mol⁻¹

umming them gives the target reaction. Reverse (1): 2CO₂(g) + H₂O(l) → C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) ΔH° = +1300 kJ mol⁻¹.

解析：调整方程式使其加和得到目标反应。将 (1) 逆向：2CO₂(g) + H₂O(l) → C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g)，ΔH° = +1300 kJ mol⁻¹。

Multiply (2) by 2: 2C(s) + 2O₂(g) → 2CO₂(g) ΔH° = 2 × (–394) = –788 kJ mol⁻¹.

将 (2) 乘以 2：2C(s) + 2O₂(g) → 2CO₂(g)，ΔH° = 2 × (–394) = –788 kJ mol⁻¹。

Keep (3) as is: H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH° = –286 kJ mol⁻¹.

保留 (3)：H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l)，ΔH° = –286 kJ mol⁻¹。

2 O₂ → C₂H₂ + 5/2 O₂ + 2CO₂ + H₂O. Cancel common species: overall 2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g).

三个方程式相加，消去相同物种，总反应为 2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g)。

ΔH° = +1300 + (–788) + (–286) = +226 kJ mol⁻¹. Endothermic formation of ethyne.

ΔH° = +1300 + (–788) + (–286) = +226 kJ mol⁻¹。乙炔的生成是吸热的。

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4. Rate Equations and Order of Reaction | 速率方程与反应级数

A + B → C + D are shown in the table. Determine the rate equation and the rate constant k.

例题：反应 2A + B → C + D 的初始速率数据如下表。确定速率方程和速率常数 k。

Experiment	[A] (mol dm⁻³)	[B] (mol dm⁻³)	Initial rate (mol dm⁻³ s⁻¹)
1	0.10	0.10	2.0 × 10⁻⁴
2	0.20	0.10	4.0 × 10⁻⁴
3	0.20	0.20	1.6 × 10⁻³

]ⁿ. Compare expt 1 and 2: [A] doubles, [B] constant, rate doubles (2.0 → 4.0). Thus m = 1.

解析：设速率方程 rate = k[A]ᵐ[B]ⁿ。比较实验 1 和 2：[A] 加倍，[B] 不变，速率加倍，所以 m = 1。

0.10 to 0.20, rate goes from 4.0 × 10⁻⁴ to 1.6 × 10⁻³, a factor of 4. Thus 2ⁿ = 4 → n = 2.

比较实验 2 和 3：[A] 保持 0.20，[B] 从 0.10 加倍到 0.20，速率由 4.0 × 10⁻⁴ 升至 1.6 × 10⁻³，乘以 4，故 2ⁿ = 4，n = 2。

Rate equation: rate = k[A][B]². Overall order = 3.

速率方程：rate = k[A][B]²。总级数为 3。

pt 1: 2.0 × 10⁻⁴ = k (0.10)(0.10)² → 2.0 × 10⁻⁴ = k × 1.0 × 10⁻³ → k = 0.20 dm⁶ mol⁻² s⁻¹.

利用实验 1 求 k：2.0 × 10⁻⁴ = k (0.10)(0.10)² → 2.0 × 10⁻⁴ = k × 1.0 × 10⁻³ → k = 0.20 dm⁶ mol⁻² s⁻¹。

Always include units for k that depend on overall order.

务必根据总级数写出 k 的单位。

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5. Chemical Equilibrium and Kc | 化学平衡与 Kc

Example: 0.50 mol of PCl₅(g) is placed in a 2.0 dm³ sealed vessel at 250 °C. At equilibrium, 0.20 mol of PCl₅ remains. Calculate Kc for the reaction PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g).

例题：将 0.50 mol PCl₅(g) 放入 2.0 dm³ 密闭容器，250 °C 下达到平衡时剩余 0.20 mol PCl₅。求反应 PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) 的 Kc。

Solution: Set up an ICE table (Initial, Change, Equilibrium) in moles, then convert to concentrations.

解析：建立 ICE 表（起始、变化、平衡），以物质的量表示，再转换为浓度。

Species	Initial mol	Change mol	Equilibrium mol	Equilibrium conc. (mol dm⁻³)
PCl₅	0.50	–x	0.20	0.10
PCl₃	0	+x	0.30	0.15
Cl₂	0	+x	0.30	0.15

centrations: [PCl₅] = 0.20/2.0 = 0.10 mol dm⁻³; [PCl₃] = [Cl₂] = 0.30/2.0 = 0.15 mol dm⁻³.

由平衡时 PCl₅ = 0.20 mol 得 x = 0.30 mol。体积为 2.0 dm³，故浓度：[PCl₅] = 0.20/2.0 = 0.10 mol dm⁻³；[PCl₃] = [Cl₂] = 0.30/2.0 = 0.15 mol dm⁻³。

Kc = [PCl₃][Cl₂] / [PCl₅] = (0.15 × 0.15) / 0.10 = 0.0225 / 0.10 = 0.225 (mol dm⁻³).

Kc = [PCl₃][Cl₂] / [PCl₅] = (0.15 × 0.15) / 0.10 = 0.0225 / 0.10 = 0.225 (mol dm⁻³)。

Note: Kc has units only when Δn ≠ 0; here Δn = 1, so units mol dm⁻³.

注意：当 Δn ≠ 0 时 Kc 有单位；本题 Δn = 1，单位为 mol dm⁻³。

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6. Buffer Solutions and pH Calculations | 缓冲溶液与 pH 计算

CH₃COONa. Given Ka for acetic acid = 1.8 × 10⁻⁵ mol dm⁻³, calculate the pH of the buffer.

例题：将 50.0 cm³ 0.200 mol dm⁻³ CH₃COOH 与 40.0 cm³ 0.200 mol dm⁻³ CH₃COONa 混合配成缓冲溶液。已知醋酸 Ka = 1.8 × 10⁻⁵ mol dm⁻³，求缓冲溶液的 pH。

Solution:

Published by TutorHao | IB Chemistry Revision Series | aleveler.com

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