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“与量有关的计算”一直是化学计算的难点问题,已有“数轴法”等方法可以解決此类问题,但是数轴法操作起来仍然比较麻烦,费时间、费精力。我在学习时发现“待定系数法”可以轻松应对此类问题。“待定系数法”在数学上用途颇广,在化学上通常用来解决化学方程式配平问题。下面我来谈谈如何运用“待定系数法”处理“与量有关的计算”。
化学上很多反应产物都与“量”有关。比如二氧化碳与氢氧化钠溶液反应、氢氧化钠溶液与氯化铝溶液反应、铁与稀硝酸反应、碳酸钠溶液与盐酸反应等。此类反应,往往产物不固定。通常的解题方法,首先是讨论其比例关系确定发生的反应,然后根据方程式进行计算。
例1标准状况下,将4.48LCO2通人1L0.3mol·L-1NaOH溶液中,当CO2与NaOH完全反应时,下列说法正确的是()。
A.溶液中只有一种阴离子(OH-除外)
B.溶液中溶质的物质的量之比为1∶2
C.反应后有CO2逸出
D.反应后的溶液还可以吸收部分CO2
【传统解法】首先讨论CO2与NaOH物质的量之比,为1∶1时恰好产生NaHCO3;为1∶2时恰好产生Na2CO3;若介于1∶2~1∶1之间时,既有NaHCO3又有Na2CO3;小于1∶2时,产物只有Na2CO3且NaOH剩余;大于1∶1时,产物只有NaHCO3且CO2剩余。有时为了便于理解,运用数轴来进行分析,这给解题带来极大的不便。
【待定系数法】第一步:先写出反应的表达式(不是方程式):CO2+NaOHNa2CO3+NaHCO3,因为计算与H2O无关(且总反应式不一定有H2O),所以不写H2O。第二步:因为在计算与判断之前不知道有无Na2CO3或NaHCO3生成,所以设其系数为x和y。然后计算出二氧化碳为0.2mol,氢氧化钠为0.3mol。这样就可以确定反应表达式,即为0.2CO2+0.3NaOHxNa2CO3+yNaHCO3。第三步:根据元素守恒列方程组并求解,即根据C守恒得0.2=x+y,根据Na守恒得0.3=2x+y。解方程组得x=0.1,y=0.1,由此易知答案为D。
注意:①若解得x或y均为正值,则说明反应物完全反应且两种物质均存在;②若解得x或y有其一为0,则说明没有该物质,且反应物完全反应;③若解得x或y有一个为负数,则说明没有该物质产生且必有一种反应物过量。
例2向100mL0.1mol·L-1的AlCl3溶液中逐滴滴入80mL0.8mol·L-1的NaOH溶液,以下说法错误的是()。
A.生成0.01molAl(OH)3沉淀
B.NaOH剩余0.024mol
C.生成0.01molNaAlO2
D.生成0.064molNaAlO2
【待定系数法】已知氢氧化钠过量时产生NaAlO2,不足时产生Al(OH)3。现在假设两者均存在,根据题意写出反应表达式:0.01AlCl3+0.064NaOH0.03NaCl+xAl(OH)3+yNaAlO2,其中NaCl0.03mol是根据Cl守恒确定的。根据Al守恒得0.01=x+y,根据Na守恒得0.064=0.03+y。解得y=0.034mol,x=-0.024。这说明无Al(OH)3生成且NaOH一定过量。再次写出实际反应的表达式:0.01AlCl3+xNaOH0.03NaCl+0.01NaAlO2,其中NaAlO2的化学计量数0.01是根据Al守恒确定的,因为NaOH过量,所以设反应的NaOH的化学计量数为x。根据Na守
化学上很多反应产物都与“量”有关。比如二氧化碳与氢氧化钠溶液反应、氢氧化钠溶液与氯化铝溶液反应、铁与稀硝酸反应、碳酸钠溶液与盐酸反应等。此类反应,往往产物不固定。通常的解题方法,首先是讨论其比例关系确定发生的反应,然后根据方程式进行计算。
例1标准状况下,将4.48LCO2通人1L0.3mol·L-1NaOH溶液中,当CO2与NaOH完全反应时,下列说法正确的是()。
A.溶液中只有一种阴离子(OH-除外)
B.溶液中溶质的物质的量之比为1∶2
C.反应后有CO2逸出
D.反应后的溶液还可以吸收部分CO2
【传统解法】首先讨论CO2与NaOH物质的量之比,为1∶1时恰好产生NaHCO3;为1∶2时恰好产生Na2CO3;若介于1∶2~1∶1之间时,既有NaHCO3又有Na2CO3;小于1∶2时,产物只有Na2CO3且NaOH剩余;大于1∶1时,产物只有NaHCO3且CO2剩余。有时为了便于理解,运用数轴来进行分析,这给解题带来极大的不便。
【待定系数法】第一步:先写出反应的表达式(不是方程式):CO2+NaOHNa2CO3+NaHCO3,因为计算与H2O无关(且总反应式不一定有H2O),所以不写H2O。第二步:因为在计算与判断之前不知道有无Na2CO3或NaHCO3生成,所以设其系数为x和y。然后计算出二氧化碳为0.2mol,氢氧化钠为0.3mol。这样就可以确定反应表达式,即为0.2CO2+0.3NaOHxNa2CO3+yNaHCO3。第三步:根据元素守恒列方程组并求解,即根据C守恒得0.2=x+y,根据Na守恒得0.3=2x+y。解方程组得x=0.1,y=0.1,由此易知答案为D。
注意:①若解得x或y均为正值,则说明反应物完全反应且两种物质均存在;②若解得x或y有其一为0,则说明没有该物质,且反应物完全反应;③若解得x或y有一个为负数,则说明没有该物质产生且必有一种反应物过量。
例2向100mL0.1mol·L-1的AlCl3溶液中逐滴滴入80mL0.8mol·L-1的NaOH溶液,以下说法错误的是()。
A.生成0.01molAl(OH)3沉淀
B.NaOH剩余0.024mol
C.生成0.01molNaAlO2
D.生成0.064molNaAlO2
【待定系数法】已知氢氧化钠过量时产生NaAlO2,不足时产生Al(OH)3。现在假设两者均存在,根据题意写出反应表达式:0.01AlCl3+0.064NaOH0.03NaCl+xAl(OH)3+yNaAlO2,其中NaCl0.03mol是根据Cl守恒确定的。根据Al守恒得0.01=x+y,根据Na守恒得0.064=0.03+y。解得y=0.034mol,x=-0.024。这说明无Al(OH)3生成且NaOH一定过量。再次写出实际反应的表达式:0.01AlCl3+xNaOH0.03NaCl+0.01NaAlO2,其中NaAlO2的化学计量数0.01是根据Al守恒确定的,因为NaOH过量,所以设反应的NaOH的化学计量数为x。根据Na守