一道變價元素相對原子質量計算題的幾種不同思考方法

文章編號：1005－6629(2008)07－0070－02中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

某常見金屬元素的氧化物4.8g，被氫氣完全還原為單質時，消耗了標準狀況下2.016L的H2，生成的金屬和足量的鹽酸反應產生標準狀況下體積為1.344L的H2，試計算這種金屬元素的相對原子質量。

這是一道很平常的計算題，由還原金屬氧化物所需要H2的體積及被還原出來的金屬單質再與鹽酸反應產生H2的體積不同可以得出，金屬元素在氧化物中的化合價與金屬和鹽酸反應生成的物質中表現出的化合價不同。這是一道元素化合價改變的計算相對原子質量的問題，雖然題目不難，但我們如果深入考慮，不局限于一種解法，引導學生多角度思考問題，用多種方法去解決這一問題，對開發學生的思維、提高學生解決問題的能力會起到積極的促進作用。

方法一、從金屬元素質量思考

由質量守恒定律，金屬氧化物被H2還原出的金屬質量計算為：

m（金屬氧化物）+m（消耗H2）=m（生成金屬）+m（生成H2O）

m（生成金屬）=4.8g+2.016L÷22.4L/mol×2g/mol- 2.016L÷22.4L/mol×18g/mol=3.36g

設金屬和鹽酸反應時化合價為+n，金屬元素的符號為R，金屬元素的相對原子質量為M，則：

2R + 2nHCl =2RCln +nH2↑

2M 22.4n L

3.36 1.344 L

得：M=28n

即：n=1 M=28 ； n=2 M=56 ； n=3 M=84

由于R是常見金屬，在上述三個答案中，只有M=56符合題意，所以該金屬元素為鐵，相對原子質量為56。

方法二、從金屬原子的物質的量思考

設金屬原子的物質的量為n mol 金屬原子的摩爾質量為Mg/mol

n mol×M g/mol + 2.016L÷22.4L/mol×16g/mol = 4.8 g

n=3.36/M mol

若金屬R與鹽酸反應表現出的化合價為+ x 則：

2R + 2xH+=2Rx+ + x H2↑

2 mol22.4x L

3.36/M mol 1.344L

M=28x

同上得金屬元素的相對原子質量為56。

方法三、從金屬原子結合氧原子數、置換氫原子數的關系思考

金屬氧化物中氧元素的質量=2.016L÷22.4L/mol×16g/mol=1.44g

金屬氧化物中金屬元素的質量=4.8g-1.44g= 3.36g

設金屬元素的相對原子質量為M ，則

氧化物中金屬原子與氧原子數比 = （3.36g/ M g·mol-1）:（1.44g/16g·mol-1）= 112:3 M

金屬元素表現的化合價為 +3 M /56

生成的金屬原子與和酸反應置換出的氫原子數比=(3.36/M):（1.344/11.2）=28: M

金屬元素表現的化合價為 + M /28

金屬元素的兩種化合價比為3:2

根據常見金屬元素化合價的情況，可知：金屬元素在氧化物中的化合價為+3，與鹽酸反應時表現為+2。金屬氧化物的化學式為R2O3，與鹽酸反應生成鹽的化學式為RCl2

R2O3+ 3H2 = 2R + 3H2O

（2M+48）g3mol×22.4mol/L

4.8 g 2.016L

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