化學計量與阿伏加德羅常數試題的解題策略

陳 博

(杭州第二中學錢江學校)

有關阿伏加德羅常數的計算與分析是歷年來全國各地高考命題的熱點也是重點,每年的題量和題型保持相對穩定,不但考查以基礎知識為載體的一些相對簡單的計算,還考查考生的知識綜合應用能力和分析判斷能力.本文例析相關試題,以期能提高解答此類試題的準確率.

1 有關氧化還原反應中轉移電子數目的計算

例1設NA為阿伏加德羅常數的值.下列說法正確的是().

A.(2021年1月浙江卷)向100mL0.10mol·L－1FeCl3溶液中加入足量Cu粉充分反應,轉移電子數目為0.01NA

B.(2021年全國甲卷)3 mol的NO2與H2O 完全反應時轉移的電子數為4NA

C.(2021年河北卷)電解飽和食鹽水時,若陰陽兩極產生氣體的總質量為73g,則轉移電子數為NA

D.(2021 年福建卷)電解熔融MgCl2制2.4g Mg,電路中通過的電子數為0.1NA

解析100mL0.10mol·L－1FeCl3溶液中鐵離子的物質的量是0.01 mol,加入足量Cu粉充分反應,鐵離子被還原為亞鐵離子,則轉移的電子數目為0.01NA,選項A 正確.NO2與H2O 反應的化學方程式為3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO,該反應消耗3個NO2分子轉移的電子數為2 個,則有3 mol的NO2參與反應時,轉移的電子數為2NA,選項B錯誤.電解飽和食鹽水時電極總反應為

陰陽兩極產生氣體分別是氫氣與氯氣,且物質的量之比為1∶1,若氣體的總質量為73g,則說明反應生成的氫氣與氯氣的物質的量各為1 mol,由關系式H2～2e－可知,轉移的電子數為2NA,選項C 錯誤.電解熔融的MgCl2生成金屬鎂,鎂由＋2價降低到0價,因此1molMgCl2完全電解生成金屬Mg,轉移2 mol電子,則電解熔融MgCl2制2.4g Mg,電路中通過的電子數為0.2NA,選項D 錯誤.答案為A.

解題策略該類試題的命題角度多為特殊氧化還原反應中轉移電子數目的計算,主要備考策略有:

1)注意是否發生歧化反應,如Cl2與NaOH 發生歧化反應,消耗1molCl2轉移1mol電子.

2)注意變價元素,變價元素的單質參與反應時,反應物的量不同,所表現的化合價不同;如1 molFe與足量鹽酸反應轉移2mol電子,而與足量硝酸反應轉移3mol電子,Fe過量,則生成Fe2＋,要加以區別判斷.另外要注意,氧化劑或還原劑不同,所表現的化合價不同,如Cu與Cl2反應生成CuCl2,而Cu與S反應生成Cu2S.

3)注意氧化還原的競爭及用量問題.如還原性I－＞Fe2＋＞Br－,向FeBr2溶液中通入Cl2,Cl2先與Fe2＋反應再與Br－反應,向FeI2溶液中通入Cl2,Cl2先與I－反應再與Fe2＋反應,Cl2的量不同,轉移的電子數則不同.

2 有關電解質溶液中微粒數目的計算

例2設NA為阿伏加德羅常數的值.下列說法正確的是().

A.(2021年全國甲卷)1LpH＝4 的0.1 mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數為0.1NA

B.(2021年湖南卷)0.1mol·L－1HClO4溶液中含有的H＋數為0.1NA

C.(2021年廣東卷)1L0.1mol·L－1的鹽酸含有陰離子總數為2NA

D.(2021年河北卷)1L1mol·L－1溴化銨水溶液中與H＋離子數之和大于NA

解析酸性K2Cr2O7溶液中存在以下平衡反應:含Cr元素微粒有,則1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數應小于0.1NA,選項A 錯誤.選項B 未給出0.1 mol·L－1HClO4溶液的具體體積,無法計算,錯誤.鹽酸為氯化氫的水溶液,氯化氫會全部電離出陰離子Cl－,水會部分電離出陰離子OH－,水的質量及電離程度未知,故無法計算1L0.1 mol·L－1的鹽酸含有陰離子總數,選項C錯誤.1L1mol·L－1溴化銨水溶液存在電荷守恒,即c()＋c(H＋)＝c(Br－)＋c(OH－),則物質的量也滿足

因為n(Br－)＝1L×1mol·L－1＝1mol,所以該溶液中與H＋離子數之和大于NA,選項D 正確.答案為D.

解題策略該類試題的命題角度主要是考查電解質在溶液中的存在形式,絕大多數需要利用公式cV＝n進行解題,具體的表現形式如:弱酸溶液中所含的H＋數目,弱堿溶液中所含的OH－數目;強酸弱堿鹽溶液中所含的陽離子數,強堿弱酸鹽溶液中所含弱酸根的離子數等.解題時要注意以下幾點.

1)“三看”,如圖1所示.

圖1

2)所給條件是否與電解質的組成有關,如pH＝3的H2SO3溶液中c(H＋)＝10－3mol·L－1,與電解質組成無關;0.05mol·L－1的Ba(OH)2溶液中c(OH－)＝0.1mol·L－1,與電解質組成有關.

3)求溶液中所含H、O 原子數時,不要忽略溶劑水中的H、O 原子數目.

3 有關“特殊條件”或“隱含反應”分析判斷

例3設NA為阿伏加德羅常數的值,下列說法正確的是().

A.0.1molCH4與過量Cl2光照下反應生成的HCl分子數為0.4NA

B.(2021年1月浙江卷)CH4和C2H4混合氣體2.24L(標準狀況)完全燃燒,則消耗O2分子數目為0.25NA

C.(2021年河北卷)1 mol碘蒸氣和1 mol氫氣在密閉容器中充分反應,生成的碘化氫分子數小于2NA

D.(2021年廣東卷)11.2LNO 與11.2LO2混合后的分子數目為NA

解析0.1 molCH4與過量Cl2在光照條件下反應生成多種氯代甲烷的混合物,所以HCl分子數小于0.4NA,選項A 錯誤.CH4和C2H4混合氣體2.24L(標準狀況)的物質的量是0.1mol,由于1mol CH4和C2H4完全燃燒消耗氧氣的物質的量分別是2mol、3mol,則0.1mol混合氣體完全燃燒消耗氧氣的分子數目應該介于0.2NA和0.3NA之間,選項B錯誤.碘蒸氣與氫氣發生的反應為I2＋H2?2HI,反應為可逆反應,有一定的限度,所以充分反應,生成的碘化氫分子數小于2NA,選項C 正確.選項D 未提到具體的溫度、壓強(如標準狀況),故無法計算11.2L NO 與11.2LO2混合后的分子數目,錯誤.答案為C.

解題策略該類試題是考生容易失分的,因反應過程“隱含”著特殊情況,稍不留神就會掉入命題人設計的陷阱.因此要識破隱含的可逆反應,記住反應條件、反應物濃度變化對反應的影響,突破陷阱.常涉及的命題范圍有以下幾點.

1)若反應為可逆反應,由于可逆反應不能進行到底,反應物不能完全轉化,如工業合成氨的反應為

2)注意有些物質常溫、常壓下以聚合分子形式存在.如:2NO2?N2O4,2HF?(HF)2等含有特殊的轉化關系.

3)注意特殊的反應條件,有些反應物的濃度不同,反應不同.如,銅與硝酸的反應、銅與濃硫酸的反應、二氧化錳與濃鹽酸的反應等.

4)注意有些反應的反應物用量不同,反應不同.如二氧化碳與堿的反應,碳酸鈉與鹽酸的反應,石灰水與碳酸氫鈉的反應等.

5)具有特殊結構物質的混合物(如一定量的乙炔與苯的混合物)耗氧量的計算等.

綜上所述,有關阿伏加德羅常數的考查涉及的知識面廣,可以橫跨不同的模塊知識,靈活性強,考查考生嚴密的分析計算能力,預計在今后的高考中仍是高頻考點,因此在復習時要注意常見的設陷方式,才能使我們的備考針對性更強而且更為高效.

(完)