📚 Case Study Drill in Chemistry | 化学案例分析实战演练
Mastering SQA Year 10 Chemistry isn't just about memorising facts — it's about applying concepts to real-life scenarios. This case study drill walks you through common problem types, from mole calculations to reaction yields and titration analysis. Each section presents a scenario, breaks down the reasoning step-by-step, and reinforces your understanding with paired English and Chinese explanations. By working through these examples, you'll build the problem-solving skills needed for exams.
掌握 SQA 十年级化学不仅需要记忆知识点，更需要将概念应用于实际情境。本篇案例分析实战演练带你逐一攻克常见题型，包括摩尔计算、反应产率和滴定分析等。每个小节提供一个情境，逐步解析推理过程，并通过中英文配对解释巩固理解。通过这些练习，你将提升解决问题所需的应试能力。
1. Mole Concept in a Baking Soda Volcano | 小苏打火山中的摩尔概念
n produces carbon dioxide gas, water, and sodium acetate. Calculate the volume of CO₂ produced at room temperature and pressure (molar volume = 24 dm³/mol).
某学生用 8.4 克碳酸氢钠（NaHCO₃）与过量醋（含乙酸 CH₃COOH）模拟火山喷发，反应生成二氧化碳气体、水和醋酸钠。计算在室温常压下产生的二氧化碳体积（摩尔体积 = 24 dm³/mol）。
= 0.10 mol. From the 1:1 mole ratio, CO₂ produced = 0.10 mol. Volume of CO₂ = 0.10 × 24 = 2.4 dm³.
首先写出配平的化学方程式：NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂。NaHCO₃ 的摩尔质量 = 23 + 1 + 12 + (16×3) = 84 g/mol。NaHCO₃ 的物质的量 = 8.4 / 84 = 0.10 mol。根据 1:1 的摩尔比，生成的 CO₂ 为 0.10 mol。CO₂ 体积 = 0.10 × 24 = 2.4 dm³。
2. Limiting Reactant in a Displacement Reaction | 置换反应中的限量反应物
SO₄)₃ + 3Cu. Determine which reactant is limiting and calculate the mass of copper formed.
一位实验员将 2.7 克铝粉与 200 cm³ 浓度为 0.5 mol/dm³ 的硫酸铜溶液混合。反应为：2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu。判断哪种反应物是限量反应物，并计算生成铜的质量。
.15 mol CuSO₄. Since only 0.10 mol CuSO₄ is available, CuSO₄ is limiting. Moles of Cu formed = moles of limiting reactant CuSO₄ (1:1 ratio) = 0.10 mol. Mass of Cu = 0.10 × 63.5 = 6.35 g.
Al 的物质的量 = 2.7 / 27 = 0.10 mol。CuSO₄ 的物质的量 = 0.5 × (200/1000) = 0.10 mol。由方程式可知，2 mol Al 与 3 mol CuSO₄ 反应，因此 0.10 mol Al 需要 0.15 mol CuSO₄。由于仅得到 0.10 mol CuSO₄，CuSO₄ 为限量反应物。生成的 Cu 的物质的量 = 限量反应物 CuSO₄ 的量（1:1 比）= 0.10 mol。Cu 质量 = 0.10 × 63.5 = 6.35 g。
3. Percentage Yield in Fertiliser Production | 化肥生产中的产率
The Haber process synthesises ammonia from nitrogen and hydrogen: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. In a lab simulation, 5.6 g of nitrogen gas reacts with excess hydrogen to produce 5.1 g of ammonia. Calculate the percentage yield.
哈伯法用氮气和氢气合成氨：N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃。在实验室模拟中，5.6 克氮气与过量氢气反应生成 5.1 克氨。计算产率。
3) = 0.40 × 17 = 6.8 g. Actual mass obtained = 5.1 g. Percentage yield = (5.1 / 6.8) × 100% = 75%.
N₂ 的摩尔质量 = 28 g/mol，N₂ 的物质的量 = 5.6 / 28 = 0.20 mol。NH₃ 的理论物质的量 = 0.20 × 2 = 0.40 mol。NH₃ 的理论质量 = 0.40 × (14+3) = 0.40 × 17 = 6.8 g。实际得到 5.1 g。产率 = (5.1 / 6.8) × 100% = 75%。
4. Titration to Determine Acid Concentration | 滴定法测定酸的浓度
A student titrates 25.0 cm³ of sodium hydroxide solution (unknown concentration) against 0.100 mol/dm³ hydrochloric acid. 23.5 cm³ of acid was needed to reach the endpoint using phenolphthalein indicator. Calculate the concentration of NaOH.
某学生用 0.100 mol/dm³ 盐酸滴定 25.0 cm³ 未知浓度的氢氧化钠溶液，以酚酞为指示剂，终点时消耗酸 23.5 cm³。计算 NaOH 的浓度。
l. Concentration of NaOH = 0.00235 / (25.0/1000) = 0.0940 mol/dm³ (3 significant figures).
反应为：NaOH + HCl → NaCl + H₂O。所用 HCl 的物质的量 = 0.100 × (23.5/1000) = 0.00235 mol。根据 1:1 比，25.0 cm³ 中 NaOH 的物质的量 = 0.00235 mol。NaOH 浓度 = 0.00235 / (25.0/1000) = 0.0940 mol/dm³（三位有效数字）。
5. Water of Crystallisation Through Heating | 加热法测定结晶水
A hydrated salt, MgSO₄·xH₂O, has a mass of 4.92 g before heating. After heating to constant mass, the anhydrous MgSO₄ weighs 2.40 g. Determine the value of x.
某水合盐 MgSO₄·xH₂O 加热前质量为 4.92 g，加热至恒重后无水 MgSO₄ 质量为 2.40 g。求 x 的值。
0 g/mol, moles H₂O = 2.52 / 18.0 = 0.140 mol. Ratio H₂O : MgSO₄ = 0.140 : 0.01993 ≈ 7.0. So x = 7. Formula: MgSO₄·7H₂O.
失去的水质量 = 4.92 - 2.40 = 2.52 g。MgSO₄ 摩尔质量 = 24.3 + 32.1 + (16×4) = 120.4 g/mol。MgSO₄ 物质的量 = 2.40 / 120.4 = 0.01993 mol。H₂O 摩尔质量 = 18.0 g/mol，H₂O 物质的量 = 2.52 / 18.0 = 0.140 mol。比例 H₂O : MgSO₄ = 0.140 : 0.01993 ≈ 7.0。故 x = 7，化学式为 MgSO₄·7H₂O。
6. Gas Volume in a Combustion Reaction | 燃烧反应中的气体体积
f propane is burned completely in oxygen, what volume of carbon dioxide is produced at RTP? Molar volume = 24 dm³/mol.
丙烷（C₃H₈）用作露营燃气。若 4.4 克丙烷在氧气中完全燃烧，在室温常压下产生多少体积的二氧化碳？摩尔体积 = 24 dm³/mol。
10 mol. From mole ratio, CO₂ produced = 0.10×3 = 0.30 mol. Volume CO₂ = 0.30×24 = 7.2 dm³.
配平方程式：C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O。C₃H₈ 摩尔质量 = (12×3)+(1×8)=44 g/mol。C₃H₈ 物质的量 = 4.4/44=0.10 mol。根据摩尔比，生成 CO₂ = 0.10×3 = 0.30 mol。CO₂ 体积 = 0.30×24 = 7.2 dm³。
7. Making a Soluble Salt by Acid–Metal Reaction | 酸与金属反应制备可溶性盐
A student prepares zinc sulfate crystals by reacting excess zinc powder with 50 cm³ of 1.0 mol/dm³ sulfuric acid. After filtration and evaporation, dry crystals of ZnSO₄·7H₂O are obtained. What is the maximum mass of hydrated zinc sulfate that could be collected?
某学生用过量锌粉与 50 cm³、1.0 mol/dm³ 硫酸反应制备硫酸锌晶体。经过滤和蒸发，得到 ZnSO₄·7H₂O 干燥晶体。理论上最多可收集多少质量的水合硫酸锌？
₄·7H₂O. Molar mass of ZnSO₄·7H₂O = 65.4 + 32.1 + (16×4) + 7×(18) = 65.4+32.1+64+126 = 287.5 g/mol. Mass = 0.050 × 287.5 = 14.4 g (3 sig fig).
反应：Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂。H₂SO₄ 物质的量 = 1.0 × (50/1000) = 0.050 mol。根据 1:1 比，ZnSO₄ 物质的量 = 0.050 mol，也等于 ZnSO₄·7H₂O 的物质的量。ZnSO₄·7H₂O 摩尔质量 = 65.4 + 32.1 + (16×4) + 7×(18) = 65.4+32.1+64+126 = 287.5 g/mol。质量 = 0.050 × 287.5 = 14.4 g（三位有效数字）。
8. Identifying an Unknown Metal Carbonate | 鉴别未知金属碳酸盐
e metal M. (Molar volume = 24 dm³/mol; Group 2: Be=9, Mg=24.3, Ca=40.1, Sr=87.6, Ba=137.3)
一份 2.00 克的某第二主族金属碳酸盐（MCO₃）与过量盐酸反应，在室温常压下收集到 480 cm³ 二氧化碳气体。鉴别金属 M。（摩尔体积=24 dm³/mol；第二主族相对原子质量：Be=9，Mg=24.3，Ca=40.1，Sr=87.6，Ba=137.3）
olar mass of CO₃ = 12 + (16×3) = 60 g/mol. Therefore atomic mass of M = 100 - 60 = 40. This matches calcium (Ca). M is calcium.
CO₂ 的物质的量 = 0.480 / 24 = 0.0200 mol。方程式：MCO₃ + 2HCl → MCl₂ + CO₂ + H₂O。因此 MCO₃ 的物质的量 = 0.0200 mol。MCO₃ 的摩尔质量 = 2.00 / 0.0200 = 100 g/mol。CO₃ 的摩尔质量 = 12 + (16×3) = 60 g/mol。因此 M 的相对原子质量 = 100 - 60 = 40。与钙（Ca）相符，M 为钙。
9. Thermal Decomposition and Mass Loss | 热分解与质量损失
ue after heating weighs 2.80 g. Calculate the percentage of calcium carbonate that decomposed.
将 5.00 克碳酸钙强热分解：CaCO₃ → CaO + CO₂。加热后残余物质量为 2.80 克。计算碳酸钙分解的百分比。
uation, moles CaCO₃ decomposed = 0.0500 mol. Mass CaCO₃ decomposed = 0.0500 × 100 = 5.00 g? 5.00 g, but molar mass CaCO₃ = 100 g/mol, so 0.0500 mol × 100 = 5.00 g, which implies 100% y decomposed, mass of CaO = 0.0500 × 56 = 2.80 g, matching residue. So decomposition = 100%.
质量损失 = 释放的 CO₂ = 5.00 - 2.80 = 2.20 g。CO₂ 物质的量 = 2.20 / 44 = 0.0500 mol。根据方程式，分解的 CaCO₃ 物质的量 = 0.0500 mol。分解的 CaCO₃ 质量 = 0.0500 × 100 = 5.00 g。原始质量为 5.00 g，即全部分解。CaO 理论质量 = 0.0500 × 56 = 2.80 g，与残余物相符，因此分解率为 100%。
10. Redox Titration with Potassium Manganate(VII) | 高锰酸钾氧化还原滴定
reach a permanent pink colour. Using the half-equations: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O ; Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻, find the concentration of Fe²⁺ ions.
在酸性条件下，用 0.0200 mol/dm³ KMnO₄ 溶液滴定某硫酸亚铁溶液。25.0 cm³ 的 Fe²⁺ 溶液消耗了 22.4 cm³ KMnO₄ 才出现持久粉红色。利用半反应：MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O；Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻，求 Fe²⁺ 离子的浓度。
×10⁻⁴ = 2.24×10⁻³ mol. Concentration of Fe²⁺ = (2.24×10⁻³) / (25.0/1000) = 0.0896 mol/dm³.
MnO₄⁻ 的物质的量 = 0.0200 × (22.4/1000) = 4.48 × 10⁻⁴ mol。根据总氧化还原比：1 mol MnO₄⁻ 与 5 mol Fe²⁺ 反应。25.0 cm³ 中 Fe²⁺ 的物质的量 = 5 × 4.48×10⁻⁴ = 2.24×10⁻³ mol。Fe²⁺ 浓度 = (2.24×10⁻³) / (25.0/1000) = 0.0896 mol/dm³。
11. Empirical Formula from Combustion Analysis | 通过燃烧分析确定经验式
A 0.60 g sample of a hydrocarbon (containing only C and H) is burned completely in oxygen. 1.76 g of CO₂ and 1.08 g of H₂O are produced. Determine the empirical formula of the hydrocarbon.
将 0.60 克只含碳和氢的烃完全燃烧，生成 1.76 克 CO₂ 和 1.08 克 H₂O。求该烃的经验式。
40 mol; moles H = 0.12/1 = 0.12 mol. Ratio C:H = 0.04:0.12 = 1:3. Empirical formula = CH₃.
碳的质量 = (12/44) × 1.76 = 0.48 g。氢的质量 = (2/18) × 1.08 = 0.12 g。总和确为 0.60 g。C 物质的量 = 0.48/12 = 0.040 mol；H 物质的量 = 0.12/1 = 0.12 mol。C:H 比 = 0.04:0.12 = 1:3。经验式为 CH₃。
12. Using Avogadro’s Law in Reactions | 运用阿伏伽德罗定律解答反应
20 cm³ of a gaseous hydrocarbon CₓHᵧ requires 100 cm³ of oxygen for complete combustion, producing 60 cm³ of carbon dioxide. All volumes are measured at the same temperature and pressure. Determine the molecular formula of the hydrocarbon.
某气态烃 CₓHᵧ 20 cm³ 完全燃烧需 100 cm³ 氧气，生成 60 cm³ 二氧化碳。所有体积在同温同压下测量。求该烃的分子式。
By Avogadro' ₂ consumed = 20(x + y/4) = 100 cm³ → x + y/4 = 5 → 3 + y/4 = 5 → y/4 = 2 → y = 8. Molecular formula = C₃H₈.
根据阿伏伽德罗定律，摩尔比等于体积比。燃烧反应：CₓHᵧ + (x + y/4) O₂ → x CO₂ + (y/2) H₂O。20 cm³ 烃生成 60 cm³ CO₂，故 x = 60/20 = 3。消耗 O₂：20(x + y/4) = 100 cm³ → x + y/4 = 5 → 3 + y/4 = 5 → y/4 = 2 → y = 8。分子式为 C₃H₈。
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