浅谈元素质量分数的巧妙计算

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  中学化学在计算元素质量分数时,经常会碰到这样的问题,学生对课本的例题及课后的习题会迎刃而解,而在考场上遇到同类型试题却无从下手。究其原因有两点:一是只注重问题的表观条件,不注重挖掘题中的隐含信息,二是只注重公式定理的生搬硬套,不注重解题思路的探索与延伸。那么怎样才能巧妙的计算元素的质量分数呢?我总结以下三种方法谈谈自己的一点见解。
  一、整体思维法
  即找出混合物中的相同部分,把它作为一个整体,求剩余元素的质量分数,然后根据整体部分元素质量比等于质量分数之比,即可计算出题中所求元素的质量分数。
  例1:在FeSO4和Fe2(SO4)3组成的混合物中,已知硫元素的质量分数为a%,求铁元素的质量分数。
  解析:混合物中含三种元素铁、硫、氧,且三种元素的质量分数之和Fe%+S%+O%=1, ,要求Fe%,只要知道O%是多少,问题就一目了然了,但是O%怎么求呢?我们可找出整体部分—SO4,FeSO4和Fe2(SO4)3中都含有硫酸根(SO4)并且硫原子和氧原子数目之比均为1:4,硫元素与氧元素质量比均为32 :16×4=1:2,所以混合物中硫原子和氧原子数目之比也为1:4,硫元素和氧元素的质量比也为1:2,据题中S%=a%,因此可以得出O%= 2a%,那么就可以求出Fe%=1-a%-2a%=1-3a%。
  二、等效思维法
  例2:由NaHS、MgSO4 和NaHSO3组成的混合物中,已知硫元素的质量分数为a%,求氧元素的质量分数。
  解析:混合物中含五种元素,计算时似乎束手无策,但若能抓住“Na、H合起来等效于Mg来考虑” 问题就可简化,此时混合物的组成就变为MgS、MgSO4 和MgSO3,(MgS)则为整体部分,因此镁元素和硫元素的质量比为24:32=3:4,即Mg%:S %=3:4,根据S%=a%,可得出Mg%= 0.75a%,因为Na、H与Mg等效,所以Na、H、Mg、S四种元素总质量分数为a%+0.75a%=1.75a%,那么就可以求出O%=1-1.75a%。
  三、虚拟思维法
  例3:已知CuO和MgO的混合物中,氧元素的质量分数为a%,求铜元素的质量分数。
  解析:本題若用常规代数法求解易错且较繁,若把CuO虚拟成MgO · X(总式量不变,X的式量为64-24=40)则简单易行,此时混合物组成变为MgO和MgO·X,则镁元素和氧元素的质量比为24:16=3:2,即Mg%:O% =3:2,根据O%= a%,得出Mg%=1.5 a%,即X%=1-a%-1.5a%=1-2.5a%,Cu%怎么求呢?因为Cu的物质的量与X的物质的量相等,所以m(Cu)=n(X)×64=64/40 m(X),故Cu%= 64/40(1-2.5 a%)= 8/5(1-2.5 a%)。
  由此可见,我们只要注意题中的隐含条件,针对不同的习题巧妙运用不同的解法,使复杂问题简单化、明朗化,使思维有序化、敏捷化,既可以锻炼学生的思维又可以提高解题效率,达到了事半功倍的效果。
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