混合物組分題解法速遞

判斷混合物成分、計(jì)算混合物各組分含量問題是化學(xué)高考一大難點(diǎn)，本文從高考中常見的幾種題型出發(fā)，提煉方法，指導(dǎo)同學(xué)們突破混合物成分計(jì)算的障礙。

一、三元混合物中各組分量的范圍的問題

例1 在由Fe、FeO和Fe2O3組成的混合物中加入100 mL 2 mol/L鹽酸，固體混合物恰好完全溶解，放出448 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），此時，往溶液中加入KSCN溶液未出現(xiàn)血紅色，則下列判斷正確的是（ ）

A．原混合物里三種物質(zhì)與鹽酸反應(yīng)消耗氯化氫的物質(zhì)的量之比為1∶2∶3

B．反應(yīng)后溶液中，F(xiàn)e2+與Cl-物質(zhì)的量濃度之比為2∶1（不考慮水解反應(yīng)）

C．原混合物里，F(xiàn)eO的物質(zhì)的量無法確定，但Fe的物質(zhì)的量比Fe2O3的多

D．原混合物里，F(xiàn)e2O3的物質(zhì)的量無法確定，但Fe的物質(zhì)的量比FeO的多

【解析】依題意，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：FeO+2HCl= FeCl2+H2O，F(xiàn)e2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，由于Fe3+的氧化性比H+的強(qiáng)，因此先發(fā)生2FeCl3+Fe=3FeCl2，后再發(fā)生Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，最后溶液中不存在Fe3+，且固體與鹽酸恰好完全反應(yīng)，即溶質(zhì)只有FeCl2。

A項(xiàng)，由于題目只給出氫氣的量，缺少其他數(shù)據(jù)，無法確定混合物各組分絕對量，因此也無法判斷各組分消耗氯化氫的物質(zhì)的量之比，錯誤；B項(xiàng)，反應(yīng)后的溶液中只有氯化亞鐵，不考慮鹽類水解，有n(Fe2+)∶n(Cl-)=1∶2，錯誤；C項(xiàng)，由化學(xué)方程式知，完全還原1 mol氧化鐵需要1 mol鐵，而剩余的鐵與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，故混合物中，鐵的物質(zhì)的量比氧化鐵的物質(zhì)的量多，正確；D項(xiàng)，由于鐵與氯化亞鐵不反應(yīng)，不能找到鐵與氧化亞鐵的物質(zhì)的量之間的聯(lián)系，不確定二者之間的關(guān)系，錯誤。

【答案】C

【解法速遞】——推算法

推算法是利用化學(xué)反應(yīng)方程式或物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，將部分定量問題轉(zhuǎn)化成定性問題，巧妙解題的一種思維方法。

運(yùn)用推算法可以采用如下步驟：第一步，寫出相關(guān)化學(xué)方程式，如果有多個反應(yīng)發(fā)生，則盡可能確定反應(yīng)的先后順序；第二步，找出化學(xué)反應(yīng)與相關(guān)量之間的聯(lián)系，判斷反應(yīng)物量的變化關(guān)系；第三步，采用排除法篩選。

判斷反應(yīng)順序需要聯(lián)系物質(zhì)的氧化性和還原性，同一種金屬與多種氧化劑反應(yīng)，氧化劑的氧化性越強(qiáng)越先反應(yīng)。各離子的氧化性順序?yàn)锳g+>Fe3+> Cu2+>H+> Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+。

二、合金反應(yīng)的凈增（減）量問題

這類問題最常考的就是合金與酸反應(yīng)，考查反應(yīng)系統(tǒng)質(zhì)量的變化情況。常考金屬主要有鎂、鋁、鋅、鐵。

例2 在天平兩盤分別放置質(zhì)量相等的兩只燒杯，在兩只燒杯里分別注入相同的X溶液，左盤燒杯放入M固體，右盤燒杯放入N固體。三種物質(zhì)的組合如下表：

【解析】①2Na+H2SO4=Na2SO4+H2↑，Mg+H2SO4 =MgSO4+H2↑。從反應(yīng)物的量看，金屬完全溶解，左、右盤燒杯里溶液凈增質(zhì)量分別為2.2 g和2.2 g，反應(yīng)后天平平衡。②假設(shè)法判斷過量：Mg+2H+=Mg2++H2↑，2Al+6H+=2Al3++3H2↑，Zn+2H+=Zn2++H2↑，已知n(H+)= 0.4 mol，假設(shè)硫酸完全反應(yīng)，則分別消耗4.8 g Mg、3.6 g Al 、13 g Zn。從反應(yīng)物的量看，硫酸過量，左盤產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量一定比右盤產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大，反應(yīng)后反應(yīng)一定不平衡。③從反應(yīng)物的量看，M、N金屬都過量，硫酸不足，即產(chǎn)生的氫氣量相等，反應(yīng)后天平平衡。④2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，9 g鋁完全反應(yīng)產(chǎn)生1 g氫氣，而7 g硅完全反應(yīng)產(chǎn)生1 g氫氣。從反應(yīng)物的量看，氫氧化鈉溶液過量，產(chǎn)生的氫氣量不相等，反應(yīng)后天平不平衡。

【答案】C

【解法速遞】——差量法

確定凈增或凈減質(zhì)量，可以根據(jù)狀態(tài)分析：①固+液a液b+氣，溶液凈增質(zhì)量=參與反應(yīng)的固體質(zhì)量－產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量；②液b+液b液c+氣，反應(yīng)后溶液凈增質(zhì)量=反應(yīng)前兩種溶液質(zhì)量之和-產(chǎn)生的氣體質(zhì)量；③固a固b+氣，固體凈減質(zhì)量=產(chǎn)生的氣體質(zhì)量；④固a+氣a固b+氣b，固體質(zhì)量變化量=氣體質(zhì)量變化量。

如：Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑ 溶液凈增質(zhì)量

24 g 2 g 22 g

2Al+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2↑ 溶液凈增質(zhì)量

54 g 6 g 48 g

根據(jù)溶液凈增質(zhì)量判斷混合物成分可以向三種題型拓展：

一是某兩種金屬以任意比例組合與酸反應(yīng)，溶液凈增質(zhì)量相等。例如，鈉和鎂分別與足量的鹽酸反應(yīng)，溶液凈增質(zhì)量相等：

2Na+2HCl=2NaCl+H2↑ 溶液凈增質(zhì)量

23 g 1 g 22 g

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ 溶液凈增質(zhì)量

24 g 2 g 22 g

二是單一金屬向金屬合金拓展。例如，等質(zhì)量鋁銅合金與鎂分別與足量的稀硫酸反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量可能相等，溶液凈增質(zhì)量可能相等。

2Al+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2↑

54 g 6 g

Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑

72 g 6 g

即54 g Al完全反應(yīng)產(chǎn)生6 g H2，72 g 鎂完全反應(yīng)產(chǎn)生6 g 氫氣。如果在兩只燒杯里注入足量等質(zhì)量稀硫酸，然后在左燒杯里加入72 g鎂，在右燒杯里加入 72 g銅鋁合金（其中，鋁為54 g，銅為18 g），完全反應(yīng)后，兩只燒杯里混合物的凈增質(zhì)量相等。

三是由金屬與酸反應(yīng)向某些鹽與酸反應(yīng)拓展。例如，等質(zhì)量的碳酸氫鈉和碳酸鎂分別與足量的鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體質(zhì)量相等：

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O

84 g 44 g

MgCO3+2HCl=MgCl2+CO2↑+H2O

84 g 44 g

三、混合物各組分的量的計(jì)算問題

例3 現(xiàn)有一包鐵粉和銅粉的混合粉末，為了確定其組成，現(xiàn)提供4 mol/LFeCl3溶液（其他用品略）與混合粉末反應(yīng)。某合作學(xué)習(xí)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變）

分析表中數(shù)據(jù)，回答下列問題：

（1）第②組得到的濾液中溶質(zhì)的化學(xué)式為_____________。

（2）在第④組中，反應(yīng)后剩余固體的化學(xué)式是_________________________，反應(yīng)后溶液中c(Fe2+)________________________________。

【解析】鐵比銅活潑，銅鐵混合物加入氯化鐵溶液中，先發(fā)生反應(yīng)Fe+2FeCl3=3FeCl2，后發(fā)生反應(yīng)Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2。n(FeCl3)=4 mol/L×0.1 L =0.4 mol，0.4 mol FeCl3最多消耗0.2 mol Fe，質(zhì)量為m(Fe)=0.2 mol×56 g/L=11.2 g。同理，0.4 mol FeCl3最多消耗0.2 mol Cu，質(zhì)量為m(Cu)=0.2 mol×64 g/L =12.8 g。四組實(shí)驗(yàn)所消耗的固體質(zhì)量如下表所示：

比對數(shù)據(jù)找到規(guī)律：②組實(shí)驗(yàn)中，氯化鐵先消耗完鐵，后消耗部分銅，而③和④組實(shí)驗(yàn)中，氯化鐵只消耗鐵，不消耗銅。

（1）第②組實(shí)驗(yàn)的濾液中，溶質(zhì)是氯化亞鐵和氯化銅。

（2）比較第③和④組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知，向溶液中加入24 g固體，氯化鐵已完全反應(yīng)，再繼續(xù)加入12 g固體，未反應(yīng)。剩余固體一定有鐵和銅，濾液一定是氯化亞鐵。根據(jù)氯守恒知，n(FeCl2)=0.6 mol，

c(FeCl2)==6 mol/L。

【答案】（1）FeCl2、CuCl2 （2）Fe、Cu 6 mol/L

【解法速遞】——觀察比對法

通過一組數(shù)據(jù)確定混合物成分，需要仔細(xì)觀察并分析，找到數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而確定反應(yīng)物過量或是完全反應(yīng)，選擇完全反應(yīng)的物質(zhì)作為計(jì)量依據(jù)。

運(yùn)用氧化還原反應(yīng)優(yōu)先律：多種金屬與同種氧化劑反應(yīng)，金屬越活潑，越優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)。

四、混合物有多種可能的組合方式的問題

例4 將9 g鋁粉跟一定量的金屬氧化物粉末混合形成鋁熱劑。發(fā)生鋁熱反應(yīng)之后，所得固體中含金屬單質(zhì)為18 g，則該氧化物粉末可能是（ ）

A. Fe2O3和MnO2 B. MnO2和V2O5

C. Cr2O3和V2O5 D. Fe2O3和FeO

【解析】審題時注意兩點(diǎn)，一是題中沒有強(qiáng)調(diào)是鋁粉完全反應(yīng)還是金屬氧化物完全反應(yīng)，二是氧化物組成“可能”是什么，即答案不確定。可以分兩種情況討論：

（1）假設(shè)鋁粉完全反應(yīng)。依題意，9 g鋁粉完全反應(yīng)可以提供1 mol電子，氧化物得到1 mol電子生成的相應(yīng)金屬的質(zhì)量就應(yīng)該是18 g。 A項(xiàng)，F(xiàn)e2O3→2Fe ，+3價(jià)Fe得到1 mol電子生成單質(zhì)的質(zhì)量為18.7 g， MnO2→Mn，+4價(jià)Mn得到1 mol電子生成的單質(zhì)質(zhì)量為13.8 g，由平均值原理知A項(xiàng)正確；B項(xiàng)，V2O5→2V，+5價(jià)V得到1 mol電子生成的單質(zhì)質(zhì)量為10.2 g，錳、釩單質(zhì)的質(zhì)量都小于18 g，B項(xiàng)錯誤；C項(xiàng)，Cr2O3→2Cr，+3價(jià) Cr得到1 mol電子生成的單質(zhì)質(zhì)量為17.3 g，鉻和釩單質(zhì)的質(zhì)量都小于18 g，C項(xiàng)錯誤；D項(xiàng)，F(xiàn)eO→Fe，+2價(jià)Fe得到1 mol電子生成單質(zhì)的質(zhì)量為28 g，即當(dāng)9 g鋁完全與氧化鐵、氧化亞鐵發(fā)生置換反應(yīng)得到金屬鐵的質(zhì)量一定大于18 g，不符合題意。

（2）假設(shè)鋁沒有完全發(fā)生置換反應(yīng)，即提供給金屬氧化物的電子小于1 mol，氧化鐵和氧化亞鐵混合物得到的電子小于1 mol，生成的鐵質(zhì)量小于18.7 g，即金屬質(zhì)量可能為18 g，D項(xiàng)正確。

【答案】A、D

【解法速遞】——分類討論法

對于一些沒有明確給出確定數(shù)據(jù)的題目，不能直接計(jì)算結(jié)果，需要分幾種情況討論。但要注意，所劃分的情況要全面。

常需要討論的問題有：（1）反應(yīng)完全的情況。對于A+B→C+D的反應(yīng)，如果A、B的量有一個不確定或兩個都不確定，可以分三種情況討論：假設(shè)A完全反應(yīng)、假設(shè)B完全反應(yīng)或假設(shè)A與B恰好完全反應(yīng)，根據(jù)假設(shè)情況分別計(jì)算。（2）金屬反應(yīng)后的價(jià)態(tài)。當(dāng)金屬的價(jià)態(tài)不明或者有多種價(jià)態(tài)時，可以假設(shè)價(jià)態(tài)為+1、+2、+3等一一討論。

五、反應(yīng)過程復(fù)雜的混合物成分問題

例5 有鎂、鋁、鋅、鐵和銅五種常見金屬，現(xiàn)取其中3種金屬組成混合物，15 g該混合物與足量的稀硫酸反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生氫氣的最大體積為11.2 L。推斷該金屬混合物的組合方式有（ ）

A．6種 B．7種 C．8種 D．9種

【解析】根據(jù)金屬分別與稀硫酸反應(yīng)失去的電子數(shù)，求出金屬摩爾電子質(zhì)量。銅不與稀硫酸反應(yīng)，可以看成是“∞”。鎂、鋁、鐵、鋅的摩爾電子質(zhì)量計(jì)算如下：

計(jì)算金屬混合物的平均摩爾電子質(zhì)量，進(jìn)而求混合物的平均摩爾質(zhì)量：2H++2e-=H2↑，n(e-)=×2=1 mol，= =15 g/mol。

（1）若兩種金屬的摩爾電子質(zhì)量都小于15 g/mol e-，根據(jù)平均值原理知，另一種金屬可能是鋅、鐵、銅，共有3種組合。

（2）若一種金屬的摩爾質(zhì)量小于15 g/mol e-，則另兩種金屬可能是鋅與鐵、鋅與銅、銅與鐵，有3種組合。而本題中摩爾電子質(zhì)量小于15 g/mol e-的金屬有兩種，故共有3×2=6種。

綜上所述，符合條件的金屬混合物組合方式有9種。

【答案】D

【解法速遞】——摩爾電子質(zhì)量法

多種金屬與酸反應(yīng)，化學(xué)方程式計(jì)算過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換思維，通過摩爾電子質(zhì)量計(jì)算能避免書寫復(fù)雜化學(xué)方程式，達(dá)到速解巧解的目的。摩爾電子質(zhì)量指金屬失去1 mol電子所消耗的金屬質(zhì)量（M），計(jì)算表達(dá)式為（Ar表示金屬相對原子質(zhì)

量，n為1個金屬原子失去的電子數(shù)），配合平均值、極端假設(shè)等思維方法能速解這些問題。