淺析四例與反應曲線相結合的計算題

文章編號：1005－6629(2007)11－0066－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

例1.（04，濟南）已知金屬鈉和水能發生以下反應：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑?，F取金屬鈉4.6g投入到100g水中，充分反應后，冷卻到室溫（20℃），得到一種不飽和溶液，向所得溶液中逐滴滴入MgSO4溶液，實驗測得溶液的總質量與滴入MgSO4溶液的質量關系曲線如圖1所示。根據題意回答下列問題：

(1)金屬鈉和水充分反應后，生成氫氣的質量是多少______g。

(2)圖中A點的縱坐標表示的溶液的質量是_______g。

(3)通過計算求出當滴入120gMgSO4溶液時，所得溶液中溶質的質量分數是多少？（計算結果精確至0.1﹪）

解析：此題中(1)、(2)兩問根據化學方程式的計算和質量守衡法即可求得結果。難點是第(3)問， 要計算滴入120g MgSO4溶液時，所得溶液中溶質的質量分數，對反應曲線的分析就相當重要，尤其是B點前后曲線的變化趨勢之截然不同是解題的關鍵；用化學反應的事實來描述就是：B點之前隨著MgSO4溶液的滴入，由于生成 Mg（OH）2 的沉淀使得溶液質量增加緩慢；從B點開始，反應后溶液質量急劇增加，說明B點時反應已結束，反應后溶液質量隨著MgSO4溶液的滴入成正比例增加。因此B點時NaOH反應完全，根據此就可計算出反應后所得溶液中溶質的質量分數。題目簡解如下：

解：(1)設4.6g金屬鈉完全反應且生成H2和NaOH的質量分別為x、y；根據化學反應方程式可得：

列比例式求解可得：x=0.2g；y=8g。

(2)此反應可得反應后NaOH溶液質量(即A點縱坐標表示的溶液質量)為: 4.6+100-0.2=104.4(g)。

(3)設 NaOH和 MgSO4 反應生成的 Na2SO4、Mg（OH）2的質量分別為a和b；則有：

列比例式求解可得：a=14.2g；b=5.8g。

由此可得滴入MgSO4溶液質量為120g時，反應所得溶液中溶質的質量分數為：

14.2g/(104.4g+120g－5.8g)×100%＝6.5%

回答略。

此問貌似簡單，但涉及的數據牽涉兩步反應，稍有不慎，可能導致前功盡棄。因此，考生應試時應步步為營，謹慎應對。

例2.（2005，黑龍江課改實驗區）硫酸廠排放的污水中通常含有硫酸雜質。為測定污水中硫酸的溶質的質量分數做如下實驗：取10g該污水，向污水中逐滴滴加溶質質量分數為0.04的NaOH溶液，所滴加的NaOH溶液的質量與溶液pH變化關系如圖2所示。

請根據實驗計算，該污水中硫酸的溶質質量分數是多少？

解析：此題從實質上說是把參加反應的NaOH溶液的質量以反應曲線的方式給了出來。因此，只要看懂了圖象所提供的信息，那就是：當硫酸恰好被完全中和時，所用ω=0.04的NaOH溶液的質量是5g；分析至此，此題已變成了一道已知反應物質量，求生成物質量的問題了。下面作以簡解：

解：設該污水中硫酸的溶質質量分數是x。

列比例式求解可得：x=2.45%。

回答略。

例3. （2005，沈陽）氯化鈉是一種重要的化工原料，電解氯化鈉溶液可制得氯氣、氫氣、氫氧化鈉等物質，發生的化學反應如下：

2NaCl+2H2OCl2↑+ H2↑+2NaOH

現取一定質量的溶質質量分數為0.01的氯化鈉溶液進行電解，當氯化鈉完全反應時，停止通電。生成氯氣的質量與時間的關系如圖3所示。請計算：

(1)參加反應的氯化鈉是多少克？生成氫氣多少克？

(2)完全反應后所得溶液中溶質的質量分數是多少？

解析：此題中的反應曲線與其它幾例略有不同：圖象為質量—時間曲線(反應速度曲線)；此類曲線的特點是反應完全后，生成物質量不再隨時間而變化，圖象變成了平行于時間軸的直線。由此可知，生成氯氣7.1g時氯化鈉已完全反應，據此就可算出氯化鈉和氫氣的質量。(2)小問若用質量守衡思想解決則更顯快捷。題目簡解如下：

解：(1)設參加反應的氯化鈉質量為x，反應生成的氫氣和氫氧化鈉的質量分別是y、z。根據化學反應方程式可得：

列比例式求解可得：x=11.7g；y=0.2g；z=8g。

(2)要計算所得溶液的溶質質量分數，溶質質量已經算出，關鍵就是所得溶液的質量，而所得溶液的質量又無法直接計算。思考到此，對解題方法、解題思想訓練較少或掌握較差的學生來講，已是“山重水復疑無路”了；若學生能想到化學反應中的普適定律“質量守衡定律”，此問便可迎刃而解了。即：

反應前氯化鈉溶液的質量=氯氣質量+氫氣質量+氫氧化鈉溶液質量

而氯化鈉溶液的質量=氯化鈉質量/氯化鈉溶液的質量分數

所以，氫氧化鈉溶液的質量=(氯化鈉質量/氯化鈉溶液的質量分數)-(氯氣質量+氫氣質量)；故有：

所得溶液中溶質的質量分數=氫氧化鈉質量/氫氧化鈉溶液的質量

=8g/ [(11.7g/0.01) -（7.1g+0.2g）]

=0.073。

回答略。

例4.(2006，南和)研究性學習：探究實驗室中久置的NaOH變質的程度。

［研究方案］先稱取13.3gNaOH樣品（雜質為Na2CO3），配成溶液，然后向溶液中逐滴加入質量分數0.146的稀鹽酸，根據生成的CO2的質量測定Na2CO3的質量，從而進一步確定樣品中NaOH的變質程度。

［解決問題］實驗測得加入稀鹽酸的質量與產生CO2氣體的質量關系如圖所示。填寫下表：（計算結果取小數點后一位）

［繼續探究］求實驗過程中與NaOH反應所用鹽酸的質量；

［發現問題］根據“與NaOH反應所用鹽酸的質量”，對照圖象，你發現了什么問題？

解析：此題將實驗研究和化學計算結合在一起，增加了試題難度，又加上計算的已知條件用圖表的形式給出，給學習基礎較差的考生造成了較大的解題障礙。但考生若能考慮到此類試題的共同特點：“將生成物質量或反應物質量用圖表形式給出”，此題的突破口便已找到：生成物CO2的質量為2.2g，所有計算據此就可展開。

解：設參加反應的Na2CO3的質量為x。則有：

列比例式求解可得：x=5.3g。

再設變質NaOH的質量為y。則有：

列比例式求解可得：y=4g。

由此可得NaOH的變質程度：4g/(13.3g－5.3g+4g)×100%=33.3%。

設實驗過程中與NaOH反應所用HCl的質量為z；則有：

列比例式求解可得：z=7.3g。

據此可得HCl溶液質量為： 7.3g／14.6%=50g。

由此計算可知中和8gNaOH只需0.146的鹽酸溶液50g即可，因此發現的問題應該是：為什么當NaOH完全中和時沒有立即產生氣泡？

綜合上述幾例，我們發現這類試題一般與反應物——生成物質量曲線、反應物(或生成物)質量——反應時間曲線和酸堿滴定曲線相結合，把反應物或生成物質量以反應曲線的形式給出，解題時只要讀懂圖象涵義即可。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>