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教你巧解有关金属的计算题

2010-2-13 9:35:59  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

 计算题的解题方法有多种,其中最重要的一种是守恒法,这种方法常常能快速,准确地解出较难的计算题。

 

 一、电子守恒与终态法结合

 

1.100 mL水中投入KAl15 g,充分反应后,剩余金属为1.8 g

 

1)计算放出H2多少升(标准状况下)

 

分析:剩余金属1.8 g只可能是Al(因钾要与水反应),钾与水反应生成 KOH H2KOH 再与 Al 反应(因金属 Al 有剩余,所以生成的KOH完全反应),

 

2K+2H2O=2KOH+H2↑①

 

2KOH+ 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2 ↑ ②

 

+②得:2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2

 

有关系式      金属质量    ~~~   氢气体积(标准状况下)

 

66 g                 44.8 L

15-1.8                                                   V(H2)=8.96 L

 

 (2)过滤出未反应的金属,向滤液中逐滴加入4 mol/L H2SO4 溶液,生成沉淀的最大值是多少,此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少?

 

解析:据Al守恒有关系式:Al~~~Al(OH)3可计算生成沉淀的质量。 要使生成的沉淀最多,Al3+全部生成Al(OH)3沉淀,溶液中溶质只含K2SO4溶质,据K+SO42-守恒有关系式:

 

2 K  ~~~ H2SO4

2 mol        1 mol

0.2 mol       4×VH2SO4

VH2SO4=25 mL

 

   (3)生成沉淀后,再加入 H2SO4 溶液,使沉淀刚好完全溶解,此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少?

 

解析:沉淀刚好完全溶解时,溶液中只有 K2SO4 Al2(SO4)3

 

由电荷守恒有:2n(SO42-)=3n(Al3+)+n(K+)

 

所以有n(H2SO4 )=3/ n(Al)+1/2n(K)答案为 100 mL

 

 例2.将5.1 g镁和铝投入500 mL,2 mol/L 的盐酸中,生成氢气0.5 g,金属完全溶解。再加入 4 mol/L NaOH 溶液。

 

(1)若要使生成的沉淀最多,则应加入NaOH溶液的体积是(  )。

 

 A . 20 0mL     B . 250 mL    C.  425 mL    D.  560 mL 

 

分析:要使生成的沉淀最多,Mg2+Al3+全部生成 Mg(OH)2 Al(OH)3 沉淀,溶液中溶质只含 NaCl,据 Na+ Cl- 守恒有:

     500×2=4×VNaOH

 

      所以VNaOH=250 mL

 

(2)生成沉淀的质量最多是( )。

 

    A. 22.1 g      B. 8.5 g    C. 10.2 g  D.  13.6 g

 

分析:从始态(金属镁和铝)到终态(Mg(OH)2 Al(OH)3)沉淀,固体增加的质量为 OH-的质量,只要计算出 OH- 的物质的量即可,而OH- 的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量,因反应中生成氢气0.5 g,所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的2倍,即0.5 mol e质量,答案为D。

 

二、电荷守恒

 

1.某些化学试剂可用于净水。水处理中使用一种无机高分子,化学式为[Al2(OH)n Clm·yHO]x,式中m等于(  )

 

A3-n    B.6-n    C.6+n      D.3+n

 

解析:由电荷守恒有:3n(Al3+)=nOH-+mCl-

 

3×2=n+m           m =6-n

 

   例2.非整数比化合物Fe0. 95O具有 NaCl 晶体结构,由于n(Fe):n(O)<1,

 

所以晶体结构存在缺陷,在Fe0. 95O中,+3价的Fe占总铁量的(   )。

 

A.10.0%     B. 85.0%    C. 10.5%      D.  89.50%

 

解析:设+3价铁为x mol,依电荷守恒有:3n(Fe3+) + 2n(Fe2+) = 2n(O2-)

 

即:3x + 20.95-x= 2×1   x=0.1

 

+3价的Fe占总铁量的0.1/0.95×100% = 10.5% 

 

   例3.K2SO4 Al2(SO4)3 KAl(SO4)2 三种溶液混合,加H2SO4酸化。测得c(SO42-)=0.105 mol/L,

c(Al3+)=0.055 mol,pH=2.0(假设 H2SO4 完全电离为 H+ SO42-),cK+)为(  )。

 

   A. 0.045 mol/L    B. 0.035  mol/L   C.  0.055  mol/L   D.  0.040   mol/L

 

  解析:因pH=2.0 所以cH+= 0.01 mol/L,cOH-)很小,忽略不计。根据电荷守恒有:c(K++ 3c(Al3+)+cH+= 2c(SO42-解之:c(K+=0.035 mol/L

 

  例4.现有 K2SO4 Al2(SO4)3 KAl(SO4)2 的混合溶液,其中n(SO42-)=2 mol,向混合溶液逐滴加入KOH,使生成的沉淀刚好完全溶解时,消耗2 mol KOH 溶液,求原溶液中的 K+ 的物质的量?

 

   解析:生成的沉淀刚好完全溶解时,消耗2 mol KOH 溶液,由反应

 

Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O   n(Al3+)=n(OH-)/4=0.5 mol   

 

设原溶液中的K+的物质的量为n(K+原),由电荷守恒,对原溶液有

 

n(K+原)+ 3n(Al3+) = 2n(SO42-)

 

加入2 mol KOH溶液后,由电荷守恒有:

 

n(K+原)+ n(K+加入)= n(AlO2-) + 2n(SO42-)

 

Al元素守恒有:n(Al3+) = n(AlO2-)

 

联立①②③解得:n(K+原)=2.5 mol

 

三、综合应用

 

7:常温下由HClMgCl2 AlCl3组成的混合溶液1.0 L,其物质的量浓度分别为0.1 mol/L

0.1 mol/L1.2 mol/L。

 

(1)已知溶液中的cMg2+)与溶液pH的关系为:lg cMg2+=17-2pH

 

    向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9  能否析出Mg(OH) 2沉淀?

 

    解析:将pH=9带入lg cMg2+=17-2pH  计算出cMg2+=0.1 mol/L

 

    所以不能析出Mg(OH)2沉淀。

 

   (2)向混合溶液中加入NaOH容液,溶液中AlO2- 随pH 变化如下表: 

   

pH

 8

 9

10

11

AlO2- 浓度

10-3

10-2

10-1

1

 

   试写出碱性条件下AlO2- PH的关系式:

 

  解析:常温下pH=8时,cH+=10-8 mol/L  cOH-=10-6 mol/L

 

  c(AlO2-)=10-3 mol/L 

 

  pH=9时,cH+=10-9 mol/L  cOH-=10-5 mol/L  c(AlO2-)=10-2 mol/L 

 

  pH=10时,cH+=10-10 mol/L  cOH-=10-4 mol/L  c(AlO2-)=10-1 mol/L

 

  pH=11时,cH+=10-11 mol/L  cOH-=10-3 mol/L  c(AlO2-)=100 =1 mol/L

 

  不难发现  cOH-=10-3 C(AlO2-)   

 

  因为cOH-=Kw/ CH+=10-14/ cH+) ②

 

 由pH= -lg cH+)有cH+=10-pH  

 

联立①②③有:c(AlO2-) = 10pH-11(提示:关系式是否正确,可带入检验)

 

  (3)向混合溶液中加入NaOH容液,使溶液的pH=11,需要加入NaOH      g(忽略溶液的体积变化)

 

   解析:(方法一中和盐酸消耗NaOH的物质的量为0.1 mol,

 

  因pH=11,沉淀Mg2+消耗NaOH的物质的量为0.2 mol,

 

  pH=11时,c(AlO2-) = 1 mol/L, n(AlO2-)=1 mol  因为溶液呈碱性,所以Al3+不能大量共存,由Al元素质量守恒有:nAl(OH)3=n(Al)- n(AlO2-),nAl(OH)3 =0.2 mol  1 mol Al3+转化为 AlO2- 需要4 mol OH-,0.2 mol Al3+ 转化为 Al(OH)3 需要0.6 mol OH- 所以需要加入NaOH的物质的量为:

 

n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol   m(NaOH)=196 g

 

(方法二)pH=11时,溶液中溶质为 NaCl NaAlO2 溶液,由质量和电荷守恒有:

 

   n(Na+) = n(AlO2-) + n(Cl-n(Cl-) = 0.1+0.1×2+1.2×3=3.9 mol

 

   n(AlO2-) = 1 mol  所以 n(NaOH)= n(Na+)=4.9 mol  m(NaOH)=196 g

  

  从这里读者不难发现用守恒法的好处!

 

  实战演戏:

 1.向一定量的FeFeO Fe2O3 的混合物投入100 mL 浓度为1 mol/L 的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出224 mL(标准状况)的气体,所得溶液中,加入KSCN溶液无血红色出现,若用过量的CO在高温下还原相同质量的混合物,能得铁的质量为(   )。

 

  A. 11.2 g     B. 5.6 g    C.2.8 g   D. 无法计算

 

    2.向一定量的FeFe2O3CuO混合物投入100 mL 浓度 2.2 mol/L 的硫酸溶液中,充分反应后生成896 mL 标准状况下的气体,得不溶物1.28 g,过滤后,溶液中阳离子只有Fe2+。向滤液中加入2 mol/L NaOH溶液,加至40 mL 时开始出现沉淀,则滤液中FeSO4 的物质的量浓度为(设滤液体积为100 mL(   )。

 

 A . 2 mol/L  B.  1.8 mol/L  C.  1.9 mol/L  D. 无法计算

 

    3.4.6 g Cu Mg 完全溶于浓硝酸溶液中,反应中硝酸的还愿产物为 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4 气体(标准状况下),反应后的溶液中,加入过量NaOH溶液,生成沉淀的质量为 (   )。

 

 A  9.02 g     B  8.51 g    C  8.26 g    D   7.04 g

 

 

   4.10.2 g 镁和铝投入 1000 mL 浓度为2 mol/L 的盐酸中,金属完全溶解;再加入4 mol/L NaOH溶液,若要使生成的沉淀最多,则应加入NaOH溶液的体积是(  )。

 

A.100 mL       B.700 mL      C.600 ml      D.500 mL 

 

    5.一定量的 Fe Fe2O3 的混合物投入250 mL 浓度为2 mol/L 的硝酸溶液,反应完全后,生成1.12 L NO气体(标准状况下),再加入1 mol/L NaOH 溶液,要使铁元素完全沉淀下来,所加 NaOH 溶液的体积最少为( )。

 

       A.  450 mL      B.  500 mL    C.  400 mL    D. 不能确定

 

 

   参考答案:

 

  1.提示:反应后的溶液溶质只有FeCl2,所以n(Fe)= n(Fe2+)=1/2(Cl-C

 

  2.加至40 mL 时开始出现沉淀时,溶液中溶质只有 FeSO4 Na2SO4 ,依据S元素守恒有 n(FeSO4) = n(H2SO4)-n(NaSO4)  

       B

 

  3.提示:从始态(金属镁和铜)到终态(Mg(OH)2 Cu(OH)2)沉淀,固体增加的质量为 OH- 的质量,只要计算出 OH- 的物质的量即可,而 OH- 的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量.转移的电子的物质的量等于氮元素得电子的物质的量, B

 

  4.提示:Mg2+ Al3+ 全部沉淀,,溶液中只含 NaCl 溶质,选D

 

  5.提示:铁元素完全沉淀下来,溶液中溶质为 NaNO3,依据氮元素守恒计算,选A

 

 


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