浅谈化学变化中溶质质量分数的计算

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  有关溶质的质量分数的概念非常简单,计算公式也简洁明了。但实际计算却是初中化学中的一个难点,特别是发生化學变化时溶质质量分数的计算,更是学生容易搞混淆的,因而也是错的最多的。下面举几个例子由浅入深,循序渐进的介绍溶质质量分数计算的几种情况。
  一、 基本型
  在求发生化学变化后溶液的溶质质量分数时,关键是熟练掌握有关化学方程式的计算和溶质质量分数的计算,并能够把它们综合运用。同时还必须搞清所求的是什么溶液,溶质是什么?质量是多少?溶液质量是多少?现举例说明:
  例1(河南中考题)若73g质量分数为20%的盐酸与127g氢氧化钠溶液恰好完全中和,试计算反应后所得溶液中溶质的质量分数?
  解设反应后,生成氯化钠溶质的质量为x
  HCl+NaOHNaCl+H2O
  36.5 58.5
  73g×20% x
  36.5∶73g×20%=58.5∶x
  x= 23.4g
  反应后所得溶液中溶质的质量分数为:
  23.4g∶(73g+127g)×100%=11.7%
  评析该题是最基本的求反应后溶质质量分数的题型,但在根据化学方程式计算时必须代入的是参加化学反应的物质质量,溶液中的溶剂没有参加反应的不能代入计算,例如127g NaOH溶液不能代入方程式计算,因为NaOH溶液中的水并没有参加反应。其次该题反应后溶液质量的计算很简单,只是反应前溶液质量总和,但是若化学反应中有气体或沉淀生成的,则应另当别论。
  二、 化学反应中有气体或沉淀生成
  对于反应后所得溶液的质量有两种求法:
  a. 溶液组成法
  溶液质量=溶质质量+溶剂质量,其中溶质一定是溶解的,溶剂水根据不同的题目通常有两种情况:①原溶液中的水,②化学反应新生成的水。
  b. 质量守恒法
  溶液质量=m(反应)-m↓-m↑,此法较为简单,其m(反应)代表反应物(或溶液)质量总和,m↓表示不溶固体或生成沉淀的质量,m↑表示生成气体的质量。
  例2已知6.5克锌与100克稀硫酸恰好完全反应,求反应后所得溶液溶质质量分数?
  解法一根据溶液的组成计算.
  解设硫酸溶质质量X,生成硫酸锌溶质的质量为Y,氢气的质量为Z。
  Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
  65981612
  6.5gX Y Z
  65∶6.5g=98∶X=161∶Y=2∶Z
  X=9.8gY=16.1gZ=0.2g
  溶质质量:16.1g
  溶剂质量:100g-9.8g=90.2g
  溶质质量分数:16.1g∶(16.1g+90.2g)×100%= 15.1%
  解法二根据质量守恒来计算
  解首先与方法一相同根据化学方程式计算出生成硫酸锌溶质的质量为16.1g,氢气的质量为0.2g。
  溶质质量:16.1g
  溶液质量:6.5g+100g-0.2g=106.3g
  溶质质量分数∶16.1g∶106.3g×100%=15.1%
  评析根据上题的两种解法来看,运用质量守恒进行计算简单一些,但是该题与例1相比不同的是有气体产生,所以在求所得溶液质量时应该用反应前各物质质量总和减去生成气体的质量。但如反应后还有沉淀生成的,还要减去沉淀的质量。但是如果反应物中有杂质的,在计算时还要特别留意不同的情况。
  三、 反应物中含有杂质
  反应物中含有杂质的分两种情况:(1) 杂质不参加反应也不溶于水,(2) 杂质不参加反应但可溶于水。
  例3将含杂质的锌8克(杂质不溶于水,也不和酸反应)投入烧杯中,加100克稀硫酸,恰好完全反应,反应后称得烧杯中总物质质量为107.8克。求反应后所得溶液溶质分数?
  解氢气的质量为8g+100g-107.8g=0.2g
  设纯锌质量为X,生成硫酸锌的质量为Y
  Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
  651612
  X Y0.2g
  65∶X=161∶Y=2∶0.2g
  X=6.5gY=16.1g
  溶质质量:16.1g
  溶液质量:6.5g+100g-0.2g=106.3g
  溶质质量分数:16.1g∶106.3g×100%=15.1%
  评析本题与例2相比最大的不同在于锌,例2中的锌是纯锌而例3中的锌中含有杂质,可是在计算反应后所得溶液质量时都是6.5g+100g-0.2g= 106.3g。为什么例3中溶液质量不是8g+100g-0.2g=107.8g呢?原因在于8克锌中的杂质不溶于水,也不和酸反应,及杂质不能看成溶液的组成部分。但如果杂质能参与反应或能溶于水呢?那又该怎么办呢?
  例4将16.9g碳酸钠与氯化钠的混合物加入到100g 7.3%的稀盐酸中恰好完全反应,求完全反应后所得溶液中溶质的质量分数?
  解法一根据溶液的组成计算.
  解设反应中生成的NaCl的质量为X,CO2的质量为Y,水的质量为Z,Na2CO3的质量为M。
  Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O
  106 73117 44 18
   M 100g ×7.3%XYZ
  73∶100g×7.3%=117∶X=44:Y=18∶Z=106∶M
  解得X=11.7 gY=4.4gZ=1.8gM=10.6g
  溶质的质量:11.7g+16.9g-10.6g=18g
  溶剂的质量:100g-7.3g+1.8g=94.5g
  溶质的质量分数:18g/(94.5g+18g)×100%=16%
  解法二:根据质量守恒来计算
  解首先与方法一相同根据化学方程式计算出反应后生成NaCl质量为11.7g,CO2质量为4.4g
  溶质的质量:11.7g+16.9g-10.6g =18g
  溶液的质量:16.9g+100g-4.4g=112.5g
  溶质的质量分数:18g/112.5g×100%=16%
  评析该题中的NaCl虽不参加反应但能溶于水,所以它就算是溶液的组成部分,所以反应后所得溶液质量:16.9g+100g-4.4g,而不是用10.6g+100g-4.4g。但是还有一点值得大家注意的是NaCl溶质有两种来源,一是本来混合固体中含有的,二是反应后生产的。而同学们再计算时往往会忽略混合固体中含有的NaCl。
  四、 溶质与水反应导致溶质变化.
  很多物质溶解到水中时会发生化学变化,从而导致溶质的种类和质量都发生变化。这类物质主要有酸性氧化物和碱性氧化物.最常见的是Na2O、K2O、SO3等.
  例题5将6.2gNa2O溶于30g水中,所得溶液中溶质的质量分数为多少?
  解设NaOH质量为X.
  Na2O+H2O2NaOH
  62 80
   6.2g X
   62∶6.2g=80∶X
   X=8g
  溶质质量:8g
  溶液质量:6.2g+30g=36.2g
  溶质的质量分数为:8g∶36.2g×100%=22.1%.
  评析此题最常见的错误也是直接用Na2O的质量去除以溶液的质量而得出溶质的质量分数为17.1%,而实际上是氧化钠溶于中会发生化学变化从而使溶质变成了NaOH,所以溶质不再是Na2O。
  总结综上所述在进行反应后溶液中溶质的质量分数计算时应给留意以下几点:① 若溶质溶于水时与水发生了化学反应,则溶液中的溶质就为反应后的生成物了。② 化学方程式下相对应的物质质量不能直接写溶液质量,而要写参加化学反应的溶质实际质量。③ 若关于酸、碱、盐溶液间发生化学反应有沉淀或气体生成的,关键在于分析求出溶液总质量:m(反应)-m↓-m↑,其m(反应)代表反应物(或溶液)质量总和,m↓表示不溶固体及生成沉淀的质量,m↑表示生成气体的质量。④ 计算式(溶质质量分数=溶质质量:溶液质量×100%)中溶质质量是指被溶解的那部分溶质的质量,若没有被溶解的那部分质量不能计算在内。
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