化學反應中物質(zhì)過量問題的分析

張 瑞

(安徽省界首第一中學 236500)

物質(zhì)過量問題是高中化學的一種常見問題.因不同物質(zhì)過量可能會引發(fā)不同的化學反應，導致一些學生在分析的過程中出錯率較高.為提高學生的分析能力以及解答該類問題的正確率，教學中應做好物質(zhì)過量問題的分析教學，使學生掌握相關的分析思路與分析技巧，能夠在解題中以不變應萬變.

1 物質(zhì)過量現(xiàn)象的判斷

部分反應中某一物質(zhì)的過量引發(fā)一連貫的反應，對應不同的反應現(xiàn)象.為使學生更好地判斷物質(zhì)過程的反應現(xiàn)象，應要求學生做好化學反應現(xiàn)象的總結(jié)，尤其應明確其中的原理，準確把握背后發(fā)生的化學反應.

例1下列操作中，不出現(xiàn)“先產(chǎn)生沉淀，而后沉淀溶解”現(xiàn)象的是____.

(1)將過量CO2通入到飽和碳酸鈉溶液中.

(2)向Fe(OH)3膠體中逐滴加入過量的稀HCl.

(3)將過量CO2通入NaAlO2溶液中.

(4)向澄清石灰水中緩慢通入過量的CO2.

解析(1)碳酸鈉和過量CO2反應生成碳酸氫鈉，因碳酸氫鈉的溶解度小于碳酸鈉，因此會出現(xiàn)碳酸氫鈉沉淀，但并不溶解.

(2)Fe(OH)3膠體會發(fā)生聚沉現(xiàn)象出現(xiàn)沉淀，當加入過量的稀HCl時發(fā)生反應生成氯化鐵，沉淀溶解.

(3)NaAlO2和過量CO2反應生成Al(OH)3沉淀，但沉淀并不溶解.

(4)中先后生成CaCO3沉淀，而后生成可溶的Ca(HCO3)2，沉淀溶解.

綜上符合題的有①③.

2 物質(zhì)過量離子種類的分析

一些物質(zhì)過量會導致一些原本不發(fā)生反應的離子發(fā)生反應.分析該類問題需要掌握物質(zhì)過量對原有離子造成的影響，思考生成哪些新的物質(zhì)、這些生成的物質(zhì)是否與原有離子發(fā)生反應、發(fā)生怎樣的反應等，從而做出準確的判斷.

例2下列各組離子的溶液中，通入(加入)過量某物質(zhì)后，仍能大量共存的是( ).

B.H+、K+、Cl-、Ca2+，通入CO2氣體

解析A項發(fā)生氧化還原反應：

無法大量共存.D項因發(fā)生反應

離子無法大量共存.綜上只有B項正確.

3 物質(zhì)過量相關參數(shù)的計算

計算物質(zhì)過量相關的參數(shù)時需要明確在不同階段發(fā)生的化學反應、生成的具體物質(zhì)，又要能夠根據(jù)發(fā)生的化學反應現(xiàn)象找到相關參數(shù)之間的關系.

例3將置于空氣中的NaOH固體樣品溶于水中，而后向其中逐滴加入HCl至過量，生成標準狀況下的CO2體積和加入HCl的體積關系如圖1所示(忽略溶于水中的CO2)，則以下判斷錯誤的是( ).

圖1

A.滴加HCl 0～150mL段，發(fā)生的反應依次為

B.所有HCl的物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L

C.CO2體積不發(fā)生變化時，溶液中的溶質(zhì)為NaCl

例3：某高校重大事項未嚴格依法依規(guī)進行決策，涉及金額681.9萬元。某高校經(jīng)校長辦公會研究決定“同意啟動新校區(qū)一至六飯?zhí)煤团f校區(qū)飯?zhí)媒y(tǒng)一招標工作”，收取承包費。3年合計收取承包管理費 （折舊費）681.9萬元。上述事項雖經(jīng)集體討論決定，但決策結(jié)果不符合教育部《關于進一步加強高等學校學生食堂工作的意見》第二點規(guī)定的高校內(nèi)食堂的建筑設施由該高校統(tǒng)一提供，對承包經(jīng)營都實行零租賃，免收管理費。

D.樣品中NaOH、Na2CO3的物質(zhì)的量之比為1∶2

解析由圖可知HCl 0～150mL段未出現(xiàn)CO2氣體，發(fā)生的反應依次為：

產(chǎn)生氣體發(fā)生的反應為：

以滴加HCl 150～200mL為研究對象，容易計算出HCl的物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L.C項，CO2體積不變化時，溶液中NaHCO.剛好完全反應，溶液溶質(zhì)為NaCl.當加入HCl為200mL時，溶液溶質(zhì)為NaCl，n(NaCl)=0.4mol/L×0.2L=0.08mol.由碳原子守恒可得n(Na2CO3)=n(CO2)=0.02mol；由鈉原子守恒可得固體中n(NaOH)=0.04mol，顯然D項錯誤.

4 過量問題的常見題型分析

4.1 直接給出反應物的量，直接計算

此種類型的題目是最為常見、最為基本和直接的問題，解題基本沒有難度，按照解題步驟進行嚴謹解題.在解題時，需要做好題目的綜合分析，避免出現(xiàn)顧此失彼的情況.

例4在鐵粉和硫粉的混合物中鐵粉為221g，硫粉為8g，對混合物進行加熱，忽略其他損失，可以生成ag硫化亞鐵，將反應后的固體混合物投入到足量的稀硫酸中，可以得到標準狀況下VL氣體，那么a、V的值分別是( ).

A.33、8.4 B.22、5.6 C.29、8.4 D.22、8.4

解析根據(jù)題意n(Fe)=0.375mol，n(S)=0.25mol，因為

可以得出Fe過量，根據(jù)S的量進行計算，得出FeS的質(zhì)量為22g，因為產(chǎn)生的氣體是H2S和H2的混合氣體，計算得出氣體的體積是8.4.

4.2 固體反應物過量，做出定性判斷

在化學反應中，部分反應要求液體是高濃度，當固體反應物過量的情況下，隨著化學反應的進行，溶液的濃度開始降低，使得反應停止，或者出現(xiàn)其他反應.對這樣的問題，不能夠選擇不足量的物質(zhì)做出計算，需要借助動態(tài)化思想，做出定性判斷.如Cu、Ag等金屬和濃硫酸反應、二氧化錳和濃鹽酸反應.在Zn和濃硫酸的反應中，濃度下降之后，還原產(chǎn)物也從二氧化硫變成氫氣.

例5在100mL 18mol/L的H2SO4中，加入64g銅片，并且對其進行加熱，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量是( ).

A.等于1.8mol B.等于1mol

C.等于0.9mol D.小于0.9mol

解析通過對題目進行分析，可以看出Cu是明顯過量的，如果直接進行選量計算，得出的結(jié)果是C，很明顯是一個錯誤的答案.根據(jù)題意進行深入分析，隨著化學反應的進行，生成的水使得H2SO4溶液的濃度降低，因此，H2SO4被還原的物質(zhì)的量應當小于0.9，選擇D項.

4.3 混合物與某物質(zhì)反應過量，做好轉(zhuǎn)化計算

在化學反應中，涉及到混合物和某物質(zhì)的過量問題，將混合物抽象轉(zhuǎn)化成單一部分，做出相應的判斷之后，在對其進行計算.

例6 在25℃和101kPa的條件下，CO和H2的混合氣體10L，將其通入到15L的O2中，使其完全燃燒，干燥后恢復到原來的條件，求解:

(1)如果剩余氣體體積是15L，那么原有混合氣體中CO的體積是____，H2的體積是____.

(2)如果剩余氣體的體積是aL，那么原有混合氣體中CO和H2的體積比是____.

(3)如果剩余氣體的體積是aL，那么a的取值范圍是____.

解析此題在解題時，用到的是學生初中階段熟悉的知識，一氧化碳和氧氣以及氫氣和氧氣的燃燒反應，在3個問題中，從數(shù)字到字母，題目難度增加，雖然解題方式比較多，但解題的突破點是對過量問題的討論.根據(jù)化學反應的特點進行分析，可以得出氧氣的消耗是5L，剩余氧氣體積是10L，所有得到的二氧化碳的體積是5L，根據(jù)碳原子守恒定定律可以得出CO的體積是5L，H2的體積是10L.結(jié)合(1)的分析，將其中的數(shù)字轉(zhuǎn)化成字母，得出CO的體積是a-10，H2的體積是20-a，計算出混合氣體中兩種氣體的體積比.(3)題解答中，利用極值思想，假設混合氣體全部是H2，剩余氣體是O2，所以a=10，假設混合氣體全部是CO，a=20，因此得出a的取值范圍是10

4.4 溶質(zhì)不足溶劑繼續(xù)反應，應當慎重選量

在活潑金屬和水直接反應的問題中，不能夠簡單地按照溶質(zhì)的量做出計算，需要對其進行分析，做好量的選擇.

例7 在1 L 0.1mol/L的3份稀鹽酸中，分別放入Na、Mg、Al各0.2mol，產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量的比是( ).

A.1∶2∶3 B.3∶2∶1 C.2∶1∶1 D.1∶1∶1

解析在解題時，如果不考慮過量的情況，按照金屬進行計算，得到的答案是A，但卻是錯誤的答案，根據(jù)3種金屬和稀鹽酸的化學反應，分析可知鹽酸對于3種金屬都是不足量，計算時可能會出現(xiàn)錯誤選項D.在分析時，讓學生對Na和稀鹽酸的反應進行分析，在反應時，鈉和水發(fā)生化學反應，鈉不僅不會剩余，還會產(chǎn)生0.2mol的H2，因此，Na和稀鹽酸的反應中生成的氫氣是Mg、Al的2倍，正確答案是C.

化學反應中某種物質(zhì)過量意味著另一種與之發(fā)生反應的物質(zhì)完全參加反應，在書寫相關的化學方程式時應引起足夠的重視.同時，針對逐漸添加某種物質(zhì)至過量的問題，應搞清楚各個階段參加反應的物質(zhì)以及對應的化學方程式.