初中化學計算中的過量判斷

　　摘 要： 在初中化學計算中，在客觀事實和質量守恒定律兩大原則的指導下，列出正確的化學方程式，掌握一定的規律和技巧進行物質的過量判斷，才能得到正確的計算結果。
　　關鍵詞： 化學計算 質量守恒定律 過量判斷
　　
　　我對桂林市2011—2012學年度上學期期末質量檢測試卷進行了分析，選取其中的計算題來闡述質量守恒定律的內涵及化學計算中的過量判斷。
　　原題如下：為了測定某地石灰石中碳酸鈣的質量分數，取來了一些石灰石樣品，并取稀鹽酸200g，平均分成4份，分別進行如下實驗。
　　（1）碳酸鈣的相對分子質量是 ，碳酸鈣中鈣元素、碳元素、氧元素的質量比是 。
　　（2）第3次實驗中，鹽酸是否已經反應完全 （填“反應完全”或“反應沒有完全”），你的理由是 。
　　（3）計算這種石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數（樣品中物質的質量分數=物質的質量/樣品的質量×100%。請寫出詳細的計算過程）。
　　通過對本次考試學生答卷情況的調查，發現本題中第（3）題的得分率偏低，主要原因在于學生不知道該選擇實驗序號中的第幾組數據進行計算，歸根結底是由于學生沒有掌握好實驗數據的分析原則，沒有了解質量守恒定律的內涵及其應用。人教版九年級化學上冊課本中對質量守恒定律的定義如下：“參加化學反應的各物質質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和。這個規律叫做質量守恒定律。”在本題中，解題的關鍵在于對“參加化學反應的各物質”的理解。大多數學生在看到實驗序號4中生成CO的質量為4.4g時，自然地聯想到與CO的相對分子質量44存在整數倍的數量關系，并且在實驗4中，作為表格的最后一列，學生易誤認為反應已經到了第四步，應該反應完全了，于是采用實驗序號4中的數據進行計算。以上各種原因，導致本題的得分率偏低。
　　第（3）題需要計算出這種石灰石樣品中碳酸鈣的質量分數。由題目括號中給出的公式提示，學生先想到計算出樣品中碳酸鈣的質量。根據質量守恒定律，列出化學反應方程式：CaCO+2HCl=CaCl+CO↑+HO，由CO的質量，可計算出CaCO的質量。在本題中，學生若選擇CO的質量為4.4g，則陷入了命題者設下的“圈套”。通過分析表格中的4組實驗數據，我們可以看到，在實驗1與實驗2中，每增加50g稀鹽酸，生成CO的質量都為1.76g，這說明實驗1與實驗2中，如果繼續增加稀鹽酸的質量，CO的質量也隨之增加，由此可見，前兩組實驗中的稀鹽酸已經反應完全，而石灰石有剩余。在第3組數據中，稀鹽酸的質量還是增加50g，而CO的質量并未增加1.76g，由此判斷石灰石已經反應完全而稀鹽酸有剩余。在第4組數據中，稀鹽酸的質量繼續增加50g，而CO的質量已經不再增加，這再次說明石灰石已經反應完全。總結這道題目，回顧質量守恒定律的實際內涵，我們不難發現，在質量守恒定律中，強調運用化學方程式進行計算時，所用到的數據一定是“參加化學反應的各物質”，而不是出現在化學實驗中的所有物質。對于沒有參與化學反應但又存在在化學反應體系中的物質，我們必須掌握好物質的過量判斷，才不會如本題所述，陷入使用實驗3或實驗4的數據進行計算的誤區當中。
　　在分析表格類計算題型時，首先要觀察各組實驗數據間遞增或者遞減的規律。當發現個別組的實驗數據與整體數據的變化規律有沖突時，需要運用質量守恒定律，考慮“參加化學反應的各物質”之間何者過量，何者不足的問題。
　　在中學化學計算中進行過量判斷，可以從如下幾方面著手：根據客觀事實和質量守恒定律列出化學方程式，由化學方程式中各物質的相對分子質量（或相對原子質量）與化學計量數，計算出各物質的質量比，由此判斷參與化學反應的各物質之間的過量或是不足，根據不足量的物質求解，這是最基本的途徑。比如判斷金屬單質鐵、鎂、鋁等與氧氣燃燒的反應，非金屬單質碳、硫、磷等與氧氣燃燒的反應，金屬與酸、金屬與鹽的置換反應，酸、堿、鹽之間的復分解反應，等等，這是物質之間發生反應，都是根據反應物中較少的量確定生成物的質量。
　　對于生成物有可能是多種的問題，我們要進行具體分析。例如把將二氧化碳通入澄清石灰水中，會發生如下反應：CO+Ca（OH）=CaCO↓+HO；CO+CaCO+HO=Ca（HCO）。當把二氧化碳持續不斷地通入澄清石灰水中時，先生成了碳酸鈣，使沉淀不斷增加。當石灰水中氫氧化鈣反應完之后，二氧化碳會與生成的碳酸鈣發生反應，使沉淀溶解。故生成沉淀的質量與二氧化碳的質量關系共有兩種，要結合通入的二氧化碳的量和氫氧化鈣的量進行具體的分析。再者，鐵與稀硝酸的反應，金屬鐵有變價，實際參與反應的鐵與稀硝酸的質量直接影響到生成物的種類，具體情況歸納分析如下：稀硝酸與少量鐵反應（鐵粉與過量稀硝酸反應）的方程式:4HNO（稀）+Fe=Fe（NO）+NO↑+2HO；稀硝酸與過量鐵反應（過量鐵粉與稀硝酸反應）的方程式：8HNO（稀）+3Fe=3Fe（NO）+2NO↑+4HO。這樣只需判斷鐵與稀硝酸的比例即可。當鐵與稀硝酸的比例小于1∶4時，則反應后只有三價的鐵離子產生；當鐵與稀硝酸的比例大于1∶4但是小于3∶8時，產物既有三價鐵離子又有二價的亞鐵離子；當鐵與稀硝酸的比例大于3∶8時，產物中只有二價的亞鐵離子。在具體的計算應用中，我們應該先計算各物質的質量比，用以判斷所發生的反應屬于哪種情況。故過量判斷是我們理解整個反應不可或缺的要素。
　　由此可見，客觀事實和質量守恒定律，是我們進行化學計算時必須遵循的兩大原則。只有在具體的化學反應中對反應原理和數據進行分析，才能得到正確的計算結果。