化學平衡的三段量計算方法在其他過量問題中的應用

陳秀梅

在化學平衡計算問題中我們通常采用三段量的計算方法。筆者在多年的教學實踐中經(jīng)過不斷地分析和總結(jié)，認為這種方法可以延伸到其他化學問題領(lǐng)域，尤其在化學計算題中涉及到的過量問題表現(xiàn)尤為突出，其應用見如下諸項。

1.與量有關(guān)化學計算問題

例1以物質(zhì)的量之比為1∶2的Cl2和FeBr2在溶液中參加反應，待完全反應后剩余混合物中各溶質(zhì)的物質(zhì)的量之比是多少？

分析先寫出Cl2和FeBr2完全反應的化學方程式，然后再用三段量計算模式套用，在這里設(shè)Cl2和FeBr2的物質(zhì)的量分別為1mol、2mol。

解3Cl2 + 2FeBr22FeCl3 + 2Br2

起始量： 1 mol 2 mol 0 mol 0 mol

反應量： 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又會發(fā)生反應，用三段量法進行分析如下。

2FeBr2 + Br2 2FeBr3

起始量：4/3 mol 2/3 mol 0 mol

反應量：4/3 mol 2/3 mol 4/3 mol

剩余量： 0 mol 0 mol 4/3 mol

反應后混合物中FeCl3、FeBr3的物質(zhì)的量分別為是2/3 mol、4/3 mol，化簡得物質(zhì)的量之比1∶2。

例2常溫常壓下，將盛有30 mL NO和NO2混合氣的試管倒立在水中，經(jīng)足夠時間，試管內(nèi)剩余16 mL氣體，求①原混合氣體中NO 和NO2各是多少毫升？②最后剩余的氣體中原來的NO和新生成的NO的物質(zhì)的量之比是多少？

分析NO氣體難溶于水，NO2能跟水反應，且反應的產(chǎn)物為HNO3和NO，原來30 mL混合氣體中NO仍然在最后剩余的16 mL氣體中。下面用三段量法來進行解答。

解設(shè)30 mL混合氣體中NO的體積為x mL，則NO2的體積為（30-x） mL，新生成的NO的體積為（16-x） mL。（根據(jù)阿伏加德羅定律知道，在同溫同壓下，對于氣體物質(zhì)而言，其物質(zhì)的量之比等于體積之比也等于化學計量數(shù)之比）

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

起始量： （30-x） mL 0 mL

反應量：3（16-x） mL （16-x） mL

剩余量： 0 mL （16-x） mL

在反應中，水是過量的，NO2 全部參加反應，沒有剩余，可得到等式（30-x） mL=3（16-x）mL，解得x=9 mL，即原混合氣體中NO的體積為9 mL， 則原混合氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量分別為9 mL和21 mL。NO的體積在反應前后沒變，則最后剩余的氣體中原來的NO和新生成的NO的物質(zhì)的量之比是9∶7。

2.溶液中與離子濃度有關(guān)的計算問題

例30.2 mol/L的NH4Cl和0.1 mol/L的NaOH等體積混合，則溶液中各離子濃度的大小順序為 。

分析這是一道有關(guān)電解質(zhì)溶液離子濃度大小的比較問題，涉及到化學反應的計算，再結(jié)合溶液中的各類平衡問題進行分析。

解設(shè)0.2 mol/L的NH4Cl和0.1 mol/L的NaOH的體積均為1L， 則

NH4Cl + NaOH NH3·H2O + NaCl

起始量： 0.2 mol 0.1 mol 0 mol 0 mol

反應量： 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

經(jīng)過三段量法進行分析最后溶液中NH4Cl、NH3·H2O、NaCl的物質(zhì)的量均為0.1 mol（假設(shè)這些物質(zhì)在溶液中尚未電離），NaOH的量不足已反應完全。等濃度的NH3·H2O的電離程度大于NH4Cl的水解程度，所以溶液顯堿性，即c（NH+4）大于c（NH3·H2O）。溶液混合后，體積變?yōu)?L，則c（NH+4）≥0.05 mol/L（ NH3·H2O的電離又向溶液中補充了一定量的NH+4），c（NH3·H2O）≤0.05 mol/L，c（Na+）=0.05 mol/L，c（Cl-）=0.1 mol/L。則溶液中各離子濃度的大小順序為：

c（Cl-）>C（NH+4）>c（Na+）>c（OH-）>c（H+）

3.在離子方程式書寫中的應用

例44 mol/L的NaAlO2溶液和7 mol/L的HCl等體積均勻混合，寫出該反應的離子方程式 。

分析這是一道確定反應物量的離子方程式書寫的題，只要確定生成物中各量的關(guān)系即可，先設(shè)溶液的體積為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

反應量： 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量又要發(fā)生化學反應：

Al（OH）3 + 3H+ Al3+ + H2O

起始量： 4 mol 3 mol 0 mol

反應量： 1 mol 3 mol 1 mol

剩余量： 3 mol 0 mol 1 mol

經(jīng)分析4 mol AlO-2和7 mol H+反應生成3 mol Al（OH）3和1 mol Al3+則該反應的離子方程式為

4AlO-2+7H++H2O3Al（OH）3+Al3+

這篇文章僅僅是筆者近幾年教學實踐中一點粗淺的認識和體會， 關(guān)于三段式的分析問題模式還在進一步摸索和探究中。

（收稿日期：2015-10-15）