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化学平衡的三段量计算方法在其他过量问题中的应用

2016-04-13陈秀梅

中学化学 2016年1期
关键词:方程式离子气体

陈秀梅

在化学平衡计算问题中我们通常采用三段量的计算方法。笔者在多年的教学实践中经过不断地分析和总结,认为这种方法可以延伸到其他化学问题领域,尤其在化学计算题中涉及到的过量问题表现尤为突出,其应用见如下诸项。

1.与量有关化学计算问题

例1以物质的量之比为1∶2的Cl2和FeBr2在溶液中参加反应,待完全反应后剩余混合物中各溶质的物质的量之比是多少?

分析先写出Cl2和FeBr2完全反应的化学方程式,然后再用三段量计算模式套用,在这里设Cl2和FeBr2的物质的量分别为1mol、2mol。

解3Cl2 + 2FeBr22FeCl3 + 2Br2

起始量: 1 mol 2 mol 0 mol 0 mol

反应量: 1 mol 2/3 mol 2/3 mol 2/3 mol

剩余量: 0 mol 4/3 mol 2/3 mol 2/3 mol

剩余的 FeBr2和生成的Br2又会发生反应,用三段量法进行分析如下。

2FeBr2 + Br2 2FeBr3

起始量:4/3 mol 2/3 mol 0 mol

反应量:4/3 mol 2/3 mol 4/3 mol

剩余量: 0 mol 0 mol 4/3 mol

反应后混合物中FeCl3、FeBr3的物质的量分别为是2/3 mol、4/3 mol,化简得物质的量之比1∶2。

例2常温常压下,将盛有30 mL NO和NO2混合气的试管倒立在水中,经足够时间,试管内剩余16 mL气体,求①原混合气体中NO 和NO2各是多少毫升?②最后剩余的气体中原来的NO和新生成的NO的物质的量之比是多少?

分析NO气体难溶于水,NO2能跟水反应,且反应的产物为HNO3和NO,原来30 mL混合气体中NO仍然在最后剩余的16 mL气体中。下面用三段量法来进行解答。

解设30 mL混合气体中NO的体积为x mL,则NO2的体积为(30-x) mL,新生成的NO的体积为(16-x) mL。(根据阿伏加德罗定律知道,在同温同压下,对于气体物质而言,其物质的量之比等于体积之比也等于化学计量数之比)

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

起始量: (30-x) mL 0 mL

反应量:3(16-x) mL (16-x) mL

剩余量: 0 mL (16-x) mL

在反应中,水是过量的,NO2 全部参加反应,没有剩余,可得到等式(30-x) mL=3(16-x)mL,解得x=9 mL,即原混合气体中NO的体积为9 mL, 则原混合气体中NO和NO2的物质的量分别为9 mL和21 mL。NO的体积在反应前后没变,则最后剩余的气体中原来的NO和新生成的NO的物质的量之比是9∶7。

2.溶液中与离子浓度有关的计算问题

例30.2 mol/L的NH4Cl和0.1 mol/L的NaOH等体积混合,则溶液中各离子浓度的大小顺序为 。

分析这是一道有关电解质溶液离子浓度大小的比较问题,涉及到化学反应的计算,再结合溶液中的各类平衡问题进行分析。

解设0.2 mol/L的NH4Cl和0.1 mol/L的NaOH的体积均为1L, 则

NH4Cl + NaOH NH3·H2O + NaCl

起始量: 0.2 mol 0.1 mol 0 mol 0 mol

反应量: 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol

剩余量: 0.1 mol 0 mol 0.1 mol 0.1 mol

经过三段量法进行分析最后溶液中NH4Cl、NH3·H2O、NaCl的物质的量均为0.1 mol(假设这些物质在溶液中尚未电离),NaOH的量不足已反应完全。等浓度的NH3·H2O的电离程度大于NH4Cl的水解程度,所以溶液显碱性,即c(NH+4)大于c(NH3·H2O)。溶液混合后,体积变为2L,则c(NH+4)≥0.05 mol/L( NH3·H2O的电离又向溶液中补充了一定量的NH+4),c(NH3·H2O)≤0.05 mol/L,c(Na+)=0.05 mol/L,c(Cl-)=0.1 mol/L。则溶液中各离子浓度的大小顺序为:

c(Cl-)>C(NH+4)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)

3.在离子方程式书写中的应用

例44 mol/L的NaAlO2溶液和7 mol/L的HCl等体积均匀混合,写出该反应的离子方程式 。

分析这是一道确定反应物量的离子方程式书写的题,只要确定生成物中各量的关系即可,先设溶液的体积为1 L,利用三段量法分析如下:

AlO-2 + H+ + H2O Al(OH)3

起始量: 4 mol 7 mol 0 mol

反应量: 4 mol 4 mol 4 mol

剩余量: 0 mol 3 mol 4 mol

溶液中剩余的 3 mol H+和生成的4 mol Al(OH)3量又要发生化学反应:

Al(OH)3 + 3H+ Al3+ + H2O

起始量: 4 mol 3 mol 0 mol

反应量: 1 mol 3 mol 1 mol

剩余量: 3 mol 0 mol 1 mol

经分析4 mol AlO-2和7 mol H+反应生成3 mol Al(OH)3和1 mol Al3+则该反应的离子方程式为

4AlO-2+7H++H2O3Al(OH)3+Al3+

这篇文章仅仅是笔者近几年教学实践中一点粗浅的认识和体会, 关于三段式的分析问题模式还在进一步摸索和探究中。

(收稿日期:2015-10-15)

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