3、十字交叉法
十字交叉法是进行二组分混和物平均量与组分量计算的一种简便方法。凡可按 M 1 n 1+ M 2 n 2 =
( n 1+ n 2)计算的问题,均可用十字交叉法计算的问题,均可按十字交叉法计算,算式如图:
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式中,
表示混和物的某平均量, M 1、 M 2则表示两组分对应的量。如
表示平均分子量, M 1、 M 2则表示两组分各自的分子量, n 1、 n 2表示两组分在混和物中所占的份额, n 1: n 2在大多数情况下表示两组分物质的量之比,有时也可以是两组分的质量比,如在进行有关溶液质量百分比浓度的计算。十字交叉法常用于求算:混和气体平均分子量及组成、混和烃平均分子式及组成、同位素原子百分含量、溶液的配制、混和物的反应等。
( 1)混合物计算
例 1、 Li 2 CO 3和 BaCO 3的混合物与盐酸反应所消耗盐酸的量,同等质量的 CaCO 3和同浓度的盐酸反应所消耗盐酸的量相等,则混合物中 Li 2 CO 3和 BaCO 3的质量之比为( )
A. 3:5 B. 5:3 C. 7:5 D. 5:7
解析: 74 x+ 197 y= 100( x+ y),由十字交叉法可得: x/ y= 97/26;
所以质量比为: m( Li 2 CO 3)/ m( BaCO 3)=( 97× 74)/( 26× 197)= 7/5。
答案选 C。
例 2、用 1 L 1 mol/ L的 NaOH溶液吸收 0.8 molCO 2,求所得的溶液中 CO 2 3-和 HCO 3=的物质的量之比为 。
【分析】依题意,反应产物为 Na 2 CO 3和 NaHCO 3的混合物,若只生成为 Na 2 CO 3,需 NaOH 1.6 mol,若只生成为 NaHCO 3,需 NaOH 0.8 mol。现共消耗 NaOH 1 mol,于是由十字交叉法得:
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∴ n( Na 2 CO 3): n( NaHCO 3)= 1: 3
( 2)同位素相关计算
例 3、已知 Cl的平均相对原子质量为 35.5。则由 23 Na和 35 Cl、 37 Cl微粒组成的 NaCl晶体 29.25 g中含 37 Cl的质量是_____ g。
解析: n (NaCl)= 29.25 /58.5= 0.5 mol, n( 37 Cl)/ n( 35 Cl)= 0.5 /1.5= 1/3;
m( 37 Cl)= 0.5× 1/4× 37= 4.625 g。
4、关系式法
关系式是表示两种或多种物质之间的量在变化时成 正比关系的一种简化的式子,根据关系式确定的数量关系进行化学计算的方法叫关系式法。关系式法广泛用于两个或多个互相联系的化学式或多步反应计算的一种常 用方法,其关键是根据有关化学式或反应式及物质间转化的定量关系,找出关系式和关系量。该法不仅可使计算化繁为简、化难为易、减少误差,而且已知数与未知 数各有固定的位置,层次清楚,有助于打开解题的思路。建立关系式可以通过化学式、反应方程式、化学基本概念、溶解度、溶质质量分数等多个方面进行。
例 1、某种 H 2和 CO的混合气体,其密度为相同条件下氧气密度的 1/2,将 3.2 g这种混合气体通入一盛有足量 Na 2 O 2的密闭容器中,再通入过量 O 2,最后容器中固体质量增加了( )
A. 3.2 g B. 4.4 g C. 5.6 g D. 6.4 g
解析:此题宜根据以下关系式巧解:
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固体增加的质量即为 H 2的质量。
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固体增加的质量即为 CO的质量。
所以,最后容器中固体质量增加了 3.2 g,应选 A。
例 2、有一块铁铝合金,溶于足量盐酸中,再用足量 KOH溶液处理,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧,使之完全变成红色粉末,经称量发现该红色粉末和原合金质量恰好相等,则合金中铝的质量分数为()
A. 70% B. 52.4% C. 47.6% D. 30%
解析:根据反应找出关系式: 2 Fe~ 2 FeCl 2~ 2 Fe (OH) 2~ 2 Fe (OH) 3~ Fe 2 O 3。由质量相等得知,铝的含量相当于氧的含量。所以铝的质量分数为: 48/( 48+ 112)= 30%。应选 D。
5、讨论法
讨论法就是当问题有多种可能时,需要对每种可能进行讨论,或对所得每种结论的正确性进行讨论的一种解题方法。
例、在 30 mL量筒中充满 NO 2和 O 2的混合气体,倒立于水中使气体充分反应,最后剩余 5 mL气体,求原混合气中氧气的体积是多少毫升?
解析:最后 5 mL气体可能是 O 2,也可能是 NO,此题需用讨论法解析。
因为:最后剩余 5 mL气体可能是 O 2;也可能是 NO,若是 NO,则说明 NO 2过量 15 mL。
设 30 mL原混合气中含 NO 2、 O 2的体积分别为 x、 y
4 NO 2+ O 2+ 2 H 2 O= 4 HNO 3
若氧气过量,则有 x+ y= 30, y—
x= 5;解得 x= 20, y= 10;
若 NO 2过量,则有 x+ y= 30,
;解得 x= 27, y= 3;
故原混合气体中氧气的体积可能是 10 mL或 3 mL。
6、平均值法
混合物的计算是化学计算中常见的比较复杂的题型。有些混合物的计算若用平均值法,则可化难为易,化繁为简,进而提高解这类题的能力。
两个数进行算术平均所得的平均值,一定介于两个数之间。若已知平均值,则可推断原来两个数一定比平均值大,另一个数比平均值小。这种应用平均值去判断两个数的取值范围的方法称为平均值法。可利用分子量或原子量的平均值,体积平均值,组成平均值来确定混合物的组成。
例 1、 0.1 mol由两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后,得到 0.16 molCO 2和 3.6 g水,混合气体中()
A.可能有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯 C.一定没有乙烷 D.一定有乙炔
解析:设混合气态烃的平均化学式为 C x H y,因 0.1 molC x H y和 O 2反应生成 0.16 molCO 2和 0.2 molH 2 O,则 x= 1.6, y= 4,即混合烃的平均化学式为 C 1.6 H 4,由此可得:( 1)混合气态烃中一定有 CH 4,( 2)另一种气态烃为 C n H 4,可能是 C 2 H 4或 C 3 H 4等,但一定没有 C 2 H 6,故正确答案为C
例 2、由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物 10 g与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为 11.2 L,则混合物中一定含有的金属是()
A.锌 B.铁 C.铝 D.镁
解析:此题可运用平均值法巧解。各金属跟盐酸反应的关系式分别为:
Zn— H 2↑
Fe— H 2↑
2 Al— 3 H 2↑
Mg— H 2↑
若单独跟足量盐酸反应,生成 11.2 LH 2(标准状况)需各金属质量分别为: Zn: 32.5 g; Fe: 28 g; Al: 9 g; Mg: 12 g。其中只有铝的质量小于 10 g,其余均大于 10 g,说明必含有的金属是铝。应选 C。