淺析四例與反應(yīng)曲線相結(jié)合的計(jì)算題

文章編號(hào)：1005－6629(2007)11－0066－03中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

例1.（04，濟(jì)南）已知金屬鈉和水能發(fā)生以下反應(yīng)：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑?，F(xiàn)取金屬鈉4.6g投入到100g水中，充分反應(yīng)后，冷卻到室溫（20℃），得到一種不飽和溶液，向所得溶液中逐滴滴入MgSO4溶液，實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶液的總質(zhì)量與滴入MgSO4溶液的質(zhì)量關(guān)系曲線如圖1所示。根據(jù)題意回答下列問題：

(1)金屬鈉和水充分反應(yīng)后，生成氫氣的質(zhì)量是多少______g。

(2)圖中A點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示的溶液的質(zhì)量是_______g。

(3)通過計(jì)算求出當(dāng)?shù)稳?20gMgSO4溶液時(shí)，所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？（計(jì)算結(jié)果精確至0.1﹪）

解析：此題中(1)、(2)兩問根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算和質(zhì)量守衡法即可求得結(jié)果。難點(diǎn)是第(3)問， 要計(jì)算滴入120g MgSO4溶液時(shí)，所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對(duì)反應(yīng)曲線的分析就相當(dāng)重要，尤其是B點(diǎn)前后曲線的變化趨勢(shì)之截然不同是解題的關(guān)鍵；用化學(xué)反應(yīng)的事實(shí)來描述就是：B點(diǎn)之前隨著MgSO4溶液的滴入，由于生成 Mg（OH）2 的沉淀使得溶液質(zhì)量增加緩慢；從B點(diǎn)開始，反應(yīng)后溶液質(zhì)量急劇增加，說明B點(diǎn)時(shí)反應(yīng)已結(jié)束，反應(yīng)后溶液質(zhì)量隨著MgSO4溶液的滴入成正比例增加。因此B點(diǎn)時(shí)NaOH反應(yīng)完全，根據(jù)此就可計(jì)算出反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。題目簡(jiǎn)解如下：

解：(1)設(shè)4.6g金屬鈉完全反應(yīng)且生成H2和NaOH的質(zhì)量分別為x、y；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可得：

列比例式求解可得：x=0.2g；y=8g。

(2)此反應(yīng)可得反應(yīng)后NaOH溶液質(zhì)量(即A點(diǎn)縱坐標(biāo)表示的溶液質(zhì)量)為: 4.6+100-0.2=104.4(g)。

(3)設(shè) NaOH和 MgSO4 反應(yīng)生成的 Na2SO4、Mg（OH）2的質(zhì)量分別為a和b；則有：

列比例式求解可得：a=14.2g；b=5.8g。

由此可得滴入MgSO4溶液質(zhì)量為120g時(shí)，反應(yīng)所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

14.2g/(104.4g+120g－5.8g)×100%＝6.5%

回答略。

此問貌似簡(jiǎn)單，但涉及的數(shù)據(jù)牽涉兩步反應(yīng)，稍有不慎，可能導(dǎo)致前功盡棄。因此，考生應(yīng)試時(shí)應(yīng)步步為營，謹(jǐn)慎應(yīng)對(duì)。

例2.（2005，黑龍江課改實(shí)驗(yàn)區(qū)）硫酸廠排放的污水中通常含有硫酸雜質(zhì)。為測(cè)定污水中硫酸的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)做如下實(shí)驗(yàn)：取10g該污水，向污水中逐滴滴加溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04的NaOH溶液，所滴加的NaOH溶液的質(zhì)量與溶液pH變化關(guān)系如圖2所示。

請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算，該污水中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

解析：此題從實(shí)質(zhì)上說是把參加反應(yīng)的NaOH溶液的質(zhì)量以反應(yīng)曲線的方式給了出來。因此，只要看懂了圖象所提供的信息，那就是：當(dāng)硫酸恰好被完全中和時(shí)，所用ω=0.04的NaOH溶液的質(zhì)量是5g；分析至此，此題已變成了一道已知反應(yīng)物質(zhì)量，求生成物質(zhì)量的問題了。下面作以簡(jiǎn)解：

解：設(shè)該污水中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是x。

列比例式求解可得：x=2.45%。

回答略。

例3. （2005，沈陽）氯化鈉是一種重要的化工原料，電解氯化鈉溶液可制得氯氣、氫氣、氫氧化鈉等物質(zhì)，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

2NaCl+2H2OCl2↑+ H2↑+2NaOH

現(xiàn)取一定質(zhì)量的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01的氯化鈉溶液進(jìn)行電解，當(dāng)氯化鈉完全反應(yīng)時(shí)，停止通電。生成氯氣的質(zhì)量與時(shí)間的關(guān)系如圖3所示。請(qǐng)計(jì)算：

(1)參加反應(yīng)的氯化鈉是多少克？生成氫氣多少克？

(2)完全反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

解析：此題中的反應(yīng)曲線與其它幾例略有不同：圖象為質(zhì)量—時(shí)間曲線(反應(yīng)速度曲線)；此類曲線的特點(diǎn)是反應(yīng)完全后，生成物質(zhì)量不再隨時(shí)間而變化，圖象變成了平行于時(shí)間軸的直線。由此可知，生成氯氣7.1g時(shí)氯化鈉已完全反應(yīng)，據(jù)此就可算出氯化鈉和氫氣的質(zhì)量。(2)小問若用質(zhì)量守衡思想解決則更顯快捷。題目簡(jiǎn)解如下：

解：(1)設(shè)參加反應(yīng)的氯化鈉質(zhì)量為x，反應(yīng)生成的氫氣和氫氧化鈉的質(zhì)量分別是y、z。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可得：

列比例式求解可得：x=11.7g；y=0.2g；z=8g。

(2)要計(jì)算所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，溶質(zhì)質(zhì)量已經(jīng)算出，關(guān)鍵就是所得溶液的質(zhì)量，而所得溶液的質(zhì)量又無法直接計(jì)算。思考到此，對(duì)解題方法、解題思想訓(xùn)練較少或掌握較差的學(xué)生來講，已是“山重水復(fù)疑無路”了；若學(xué)生能想到化學(xué)反應(yīng)中的普適定律“質(zhì)量守衡定律”，此問便可迎刃而解了。即：

反應(yīng)前氯化鈉溶液的質(zhì)量=氯氣質(zhì)量+氫氣質(zhì)量+氫氧化鈉溶液質(zhì)量

而氯化鈉溶液的質(zhì)量=氯化鈉質(zhì)量/氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

所以，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量=(氯化鈉質(zhì)量/氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù))-(氯氣質(zhì)量+氫氣質(zhì)量)；故有：

所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=氫氧化鈉質(zhì)量/氫氧化鈉溶液的質(zhì)量

=8g/ [(11.7g/0.01) -（7.1g+0.2g）]

=0.073。

回答略。

例4.(2006，南和)研究性學(xué)習(xí)：探究實(shí)驗(yàn)室中久置的NaOH變質(zhì)的程度。

［研究方案］先稱取13.3gNaOH樣品（雜質(zhì)為Na2CO3），配成溶液，然后向溶液中逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.146的稀鹽酸，根據(jù)生成的CO2的質(zhì)量測(cè)定Na2CO3的質(zhì)量，從而進(jìn)一步確定樣品中NaOH的變質(zhì)程度。

［解決問題］實(shí)驗(yàn)測(cè)得加入稀鹽酸的質(zhì)量與產(chǎn)生CO2氣體的質(zhì)量關(guān)系如圖所示。填寫下表：（計(jì)算結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后一位）

［繼續(xù)探究］求實(shí)驗(yàn)過程中與NaOH反應(yīng)所用鹽酸的質(zhì)量；

［發(fā)現(xiàn)問題］根據(jù)“與NaOH反應(yīng)所用鹽酸的質(zhì)量”，對(duì)照?qǐng)D象，你發(fā)現(xiàn)了什么問題？

解析：此題將實(shí)驗(yàn)研究和化學(xué)計(jì)算結(jié)合在一起，增加了試題難度，又加上計(jì)算的已知條件用圖表的形式給出，給學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的考生造成了較大的解題障礙。但考生若能考慮到此類試題的共同特點(diǎn)：“將生成物質(zhì)量或反應(yīng)物質(zhì)量用圖表形式給出”，此題的突破口便已找到：生成物CO2的質(zhì)量為2.2g，所有計(jì)算據(jù)此就可展開。

解：設(shè)參加反應(yīng)的Na2CO3的質(zhì)量為x。則有：

列比例式求解可得：x=5.3g。

再設(shè)變質(zhì)NaOH的質(zhì)量為y。則有：

列比例式求解可得：y=4g。

由此可得NaOH的變質(zhì)程度：4g/(13.3g－5.3g+4g)×100%=33.3%。

設(shè)實(shí)驗(yàn)過程中與NaOH反應(yīng)所用HCl的質(zhì)量為z；則有：

列比例式求解可得：z=7.3g。

據(jù)此可得HCl溶液質(zhì)量為： 7.3g／14.6%=50g。

由此計(jì)算可知中和8gNaOH只需0.146的鹽酸溶液50g即可，因此發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)該是：為什么當(dāng)NaOH完全中和時(shí)沒有立即產(chǎn)生氣泡？

綜合上述幾例，我們發(fā)現(xiàn)這類試題一般與反應(yīng)物——生成物質(zhì)量曲線、反應(yīng)物(或生成物)質(zhì)量——反應(yīng)時(shí)間曲線和酸堿滴定曲線相結(jié)合，把反應(yīng)物或生成物質(zhì)量以反應(yīng)曲線的形式給出，解題時(shí)只要讀懂圖象涵義即可。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>