化学平衡三段式计算方法在过量问题中的应用.doc

化学平衡的三段量计算方法在其他过量问题中的应用西北师范大学教育学院 王连在化学平衡计算问题中我们通常采用三段量的计算方法。我们把最初投入反应物（或生成物）的量叫做起始量，反应过程中实际参加反应的量叫做反应量（或消耗量），达到平衡平衡状态的量叫做平衡量（或剩余量）。这种计算方法的模式如下: 例. 常温常压下在一容积固定的密闭容器中进行化学反应2A（g）+3B（g）=2C（g）+4D（g），刚开始投入4molA和4.5molB，达到平衡后D的物质的量2.5mol，求平衡混合物中各物质的物质的量。解： 2A（g）+ 3B（g） = 2C（g）+ 4D（g） 起始量： 4molA 4.5molB 0molC 0molD反应量： 3molB 4.5molB 3molC 6molB 平衡量： 1molB 0molB 3molC 6molB 通过这样的计算我们得出A、B、C、D的物质的量分别是1molB、0molB 、3molC 、6molB，一目了然。这种计算模式在化学上称为三段量计算方法 。笔者在多年的教学实践中经过不断地分析和总结，认为这种方法可以延伸到其他化学问题领域，尤其在化学计算题中涉及到的过量问题表现尤为突出，其应用见如下诸项：1. 与量有关化学计算问题例1：以物质的量之比为1：2的Cl2和FeBr2在溶液中参加反应，待完全反应后剩余混合物中各溶质的物质的量之比是多少？分析：我们先写出Cl2和FeBr2完全反应的化学方程式，然后再用三段量计算模式套用，在这里我们设Cl2和FeBr2的物质的量分别为1mol、2mol解： 3Cl2 + 2FeBr2 = 2FeCl3 + 2Br2 起始量： 1mol 2mol 0mol 0mol反应量： 1mol 2/3mol 2/3mol 2/3mol 剩余量： 0mol 4/3mol 2/3mol 2/3mol 剩余的 FeBr2和生成的Br2又会发生反应，用三段量法进行分析如下2FeBr2 + Br2 = 2Fe Br3起始量：4/3mol 2/3mol 0mol 反应量：4/3mol 2/3mol 4/3mol 剩余量： 0mol 0mol 4/3mol 反应后混合物中FeCl3 、FeBr3 的物质的量分别为是2/3mol 、4/3mol ，化简得物质的量之比1：2例2：向40ml2mol/LAlCl3溶液中，加入60ml烧碱溶液，充分反应后的1.56g沉淀，求烧碱溶液的物质的量浓度是多少？解：设NaOH溶液的物质的量浓度为xmol/L,根据三段量法计算的要求我们先写出有关的离子方程式Al3+ + 3OH- = Al(OH)3起始量： 0.08mol 0.06xmol 0mol 反应量： 0.08mol 0.24mol 0.08mol 剩余量： 0mol (0.06xmol-0.24mol) 0.08mol 我们知道剩余的OH- 会与生成的Al(OH)3 发生反应（离子方程式为 Al(OH)3 + OH- = AlO2- + H2O ）其物质的量之比为1:1，生成Al(OH)3 的最大值为0.08mol，则最终生成沉淀的量可以建立如下等式：0.08mol(0.06xmol0.24mol)= 1.56g/78gmol-1解得x=5mol/L例3：常温常压下，将盛有30毫升NO 和NO2混合气的试管倒立在水中，经足够时间，试管内剩余16毫升气体，求原混合气体中NO 和NO2各是多少毫升？最后剩余的气体中原来的NO和新生成的NO的物质的量之比是多少？分析：NO气体难溶于水，NO2能跟水反应，且反应的产物为HNO3和NO，原来30ml混合气体中NO仍然在最后剩余的16 ml气体中。下面我们用三段量法来进行解答。 解：设30ml混合气体中NO的体积为xml,则NO2的体积为（30-x）ml，新生成的NO的体积为（16-x）ml，(根据阿佛加德罗定律我们知道，在同温同压下，对于气体物质而言，其物质的量之比等于体积之比也等于化学计量数之比)3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO起始量： （30-x）ml 0ml反应量：3（16-x）ml （16-x）ml剩余量： 0ml （16-x）ml在反应中，水是过量的，NO2 全部参加反应，没有剩余，可得到等式（30-x）ml= 3（16-x）ml ，解得x=9ml,即原混合气体中NO的体积为9ml, 则原混合气体中NO 和NO2的物质的量分别为9ml和27ml。NO的体积在反应前后没变，则最后剩余的气体中原来的NO和新生成的NO的物质的量之比是9:7。2.溶液中与离子浓度有关的计算问题例4. 0.2mol/L的NH4Cl和0.1mol/L的NaOH等体积混合，则溶液中各离子浓度的大小顺序为 分析：这是一道有关电解质溶液离子浓度大小的比较问题，涉及到化学反应的计算，再结合溶液中的各类平衡问题进行分析。解：设0.2mol/L的NH4Cl和0.1mol/L的NaOH的体积均为1L, NH4Cl + NaOH = NH3H2O + NaCl起始量： 0.2mol 0.1mol 0mol 0mol反应量： 0.1mol 0.1mol 0.1mol 0.1mol剩余量： 0.1mol 0mol 0.1mol 0.1mol经过三段量法进行分析最后溶液中NH4Cl、NH3H2O 、NaCl的物质的量均为0.1mol（假设这些物质在溶液中尚未电离），NaOH的量不足已反应完全。我们知道等浓度的NH3H2O的电离程度大于NH4Cl的水解程度，所以溶液显碱性，即C（NH4+）大于C(NH3H2O)。溶液混合后，体积变为2L，则C（NH4+）0.05mol/L, ( NH3H2O的电离又向溶液中补充了一定量的NH4+ )，C(NH3H2O)0.05mol/L，C(Na+)=0.05mol/L，C(Cl-)=0.1 mol/L。则溶液中各离子浓度的大小顺序为C(Cl-) C（NH4+）C(Na+)C（OH-）C（H+）例5在标准状况下，将2.24LH2S气体通入到100ml1.4 mol/LNaOH溶液中，(反应前后忽略溶液体积的变化)充分反应后，下列关系式不正确是 （ B ） A. C(Na+) + C（H+）= 2C（S2-） + C（OH-） + C(HS-)B. C(Na+) C（S2-）C(HS-) C（OH-）C（H+）C. C(Na+) C(HS-) C（S2-） C（OH-）C（H+） D. C（S2-）+C(HS-)+ C(H2S)=1.0 mol/L分析：这道题考察了溶液中的酸与碱的中和反应，盐类的水解，弱电解质的水解，溶液中几种守恒关系，下面利用三段量法对诸选项进一步分析。先写出化学反应的方程式,再算起始量各反应物的物质的量：n(H2S)=2.24L/22.4Lmol-=0.1mol，n(NaOH)=0.1L1.4mol/L=0.4molH2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O起始量： 0.1mol 0.14mol 0mol 反应量：0.07mol 0.14mol 0.07mol 剩余量： 0.03mol 0mol 0.07mol 在溶液中H2S的物质的量为0.03mol，Na2S 的物质的量为0.07mol，它们紧接着又会发生反应，生成NaHS,再用三段量发进行分析如下： H2S + Na2S = 2NaHS起始量： 0.03mol 0.07mol 0mol 反应量： 0.03mol 0.03mol 0.06mol 剩余量： 0.mol 0.04mol 0.06mol 最终溶液中Na2S的物质的量为0.04mol，NaHS 的物质的量为0.06mol。A答案遵循溶液中的电荷守恒定律，正确。B答案中n(Na+)=0.14mol, C(HS-)=0.06mol,C（S2-）=0.04mol,溶液显碱性，则C（OH-）C（H+），又知道溶液体积为1L,所以溶液中各种离子浓度的大小顺序为C(Na+) C(HS-) C（S2-） C（OH-）C（H+），即C答案正确。D答案遵循原子守恒，n(H2S)=n（S2-）+n(HS-)+ n(H2S)=1.0 mol,溶液体积为1L,则C（S2-）+C(HS-)+ C(H2S)=1.0 mol/L。3.在离子方程式书写中的应用例6. 4mol/L的NaAlO2溶液和7mol/L的HCl等体积均匀混合，写出该反应的离子方程式 。分析：这是一道确定反应物的量的离子方程式的书写，只要确定生成物中各量的关系即可，先设溶液的体积为1L,利用三段量法分析如下AlO2 + H + + H2O = Al（OH）3起始量： 4mol 7mol 0mol 反应量： 4mol 4mol l 4mol 剩余量： 0.mol 3mol 4mol 溶液中剩余的 3mol H +和生成的4mol Al（OH）3量又要发生化学反应Al（OH）3 + 3H + = Al3+ + H2O起始量： 4mol 3mol 0mol 反应量： 1mol 3mol 1mol 剩余量： 3mol 0mol 1mol经