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混合物中某种元素质量分数的求算在高中化学的学习中是一种常见的题目类型,该题型一般重在考查学生发现规律、认识规律、应用规律的能力。本文对经常出现在练习中的几种混合物中元素质量分数的求算进行了总结和归纳。
一、 利用固定的微粒数目比
1.混合物中的各组成物质中一部分元素的原子个数有固定的比值关系。
例1 已知在亚硫酸钠、硫酸钠、硫化钠的混合物中,硫的质量分数为a,求氧元素的质量分数。
解析 猛一看,似乎无从下手,但其实只要写出三种物质的化学式,不难发现三种物质中硫与钠有固定的个数比(1∶2),所以利用这一关系,根据硫的质量分数,很容易就可以求出钠的质量分数,从而可以求出氧元素的质量分数。
2.在此类题目中,有时混合物中无元素符合固定的比值关系,此时应对混合物中的物质的化学式或分子式稍加变形即可顺利解决。
例2 由乙炔、苯和乙醛组成的混合物,经测定碳元素的质量分数为72%,求氧元素的质量分数。
解析 写出三种物质的分子式,对乙醛的分子式变形C2H4OC2H2(H2O),即可发现和例1的解题方法是相同的。利用比值可以间接求出H2O的质量分数,从而最终可以求出氧元素的质量分数。
二、 利用相同的相对分子质量
例3 已知在硫化镁、硫酸镁和硫酸氢钠的混合物中,硫的质量分数为a,求氧元素的质量分数。
解析 在写出化学式后,很容易发现硫酸氢钠中氢和钠的质量相当于硫酸镁中镁的质量,而题目并没有让我们求钠或者是氢的质量分数,所以我们可以把硫酸氢钠就看成是硫酸镁。这样一来,各组分中,硫与镁有固定的个数之比,利用该比值可以求出镁的质量分数,从而最终求出氧元素的质量分数。
例4 甲苯和甘油组成的混合物,求氢元素的质量分数。
解析 两者的分子式分别为:C7H8、C3H8O3,可以看出物质的组成既不符合一定的原子个数比,也不能通过变形来解决,唯一相同之处便是分子式中所含氢原子的个数是相同的,若再进一步观察发现4个碳原子的相对原子质量正好等于3个氧原子的相对原子质量,即两种分子的相对分子质量是相同的。只要求出任意一种物质中氢元素的质量分数即可。
三、 利用特殊值求算
例5 在化合物A2B中,B的质量分数为40%,在化合物BC2中,B的质量分数为50%,则在化合物A2BC3中B的质量分数为多少?
解析 因为B在A2B和BC2中的质量分数分别为40%和50%,所以可以分别用3、4、2表示A、B、C的相对原子质量,从而可以求出B在A2BC3中的质量分数为25%。
另外,此题用代入法也可以顺利求解,即将A、C的相对原子质量分别用B来表示,然后代入A2BC3中,即可以求出答案,但是远没有用特殊值求算快速简便。
四、 根据有机物通式,用极限法求算
例6 求烷烃中碳元素质量分数的最大值。
五、 利用守恒法求算
例7 一铁铝合金,溶于足量盐酸中,再加入过量的氢氧化钠溶液,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧后完全转化为红色粉末状物质,经称量其质量等于原合金的质量。求原合金中铝的质量分数是多少?
解析 根据题目条件,可知铁的质量守恒,合金中铁全部转移到红色粉末状物质(即氧化铁)中了,而氧化铁的质量又等于合金的质量,所以可以推出铝的质量分数在数值上等于氧化铁中氧元素的质量分数。
六、 利用差量法求算
例8 一定量碳酸氢钠和铜的混合粉末于空气中加热至质量不再改变,发现加热前后质量相等,求原混合物中铜的质量分数。
解析 碳酸氢钠受热分解放出二氧化碳和水使固体质量减轻,而铜受热与氧气反应生成氧化铜使固体质量增重。由于加热前后质量相等,所以Δm(减)=Δm(增)。
以上只是对混合物中元素质量分数求算方法中几种比较常见类型的总结和概括,还有很多未能全部总结在内,希望通过这种方法可以帮助学生更好地解决学习中遇到的问题,同时也希望一部分学生也能够自己尝试着去做一些这样的事情,从而使得学生将知识构建在自己的知识体系内,最终达到知识和能力的同步发展。
一、 利用固定的微粒数目比
1.混合物中的各组成物质中一部分元素的原子个数有固定的比值关系。
例1 已知在亚硫酸钠、硫酸钠、硫化钠的混合物中,硫的质量分数为a,求氧元素的质量分数。
解析 猛一看,似乎无从下手,但其实只要写出三种物质的化学式,不难发现三种物质中硫与钠有固定的个数比(1∶2),所以利用这一关系,根据硫的质量分数,很容易就可以求出钠的质量分数,从而可以求出氧元素的质量分数。
2.在此类题目中,有时混合物中无元素符合固定的比值关系,此时应对混合物中的物质的化学式或分子式稍加变形即可顺利解决。
例2 由乙炔、苯和乙醛组成的混合物,经测定碳元素的质量分数为72%,求氧元素的质量分数。
解析 写出三种物质的分子式,对乙醛的分子式变形C2H4OC2H2(H2O),即可发现和例1的解题方法是相同的。利用比值可以间接求出H2O的质量分数,从而最终可以求出氧元素的质量分数。
二、 利用相同的相对分子质量
例3 已知在硫化镁、硫酸镁和硫酸氢钠的混合物中,硫的质量分数为a,求氧元素的质量分数。
解析 在写出化学式后,很容易发现硫酸氢钠中氢和钠的质量相当于硫酸镁中镁的质量,而题目并没有让我们求钠或者是氢的质量分数,所以我们可以把硫酸氢钠就看成是硫酸镁。这样一来,各组分中,硫与镁有固定的个数之比,利用该比值可以求出镁的质量分数,从而最终求出氧元素的质量分数。
例4 甲苯和甘油组成的混合物,求氢元素的质量分数。
解析 两者的分子式分别为:C7H8、C3H8O3,可以看出物质的组成既不符合一定的原子个数比,也不能通过变形来解决,唯一相同之处便是分子式中所含氢原子的个数是相同的,若再进一步观察发现4个碳原子的相对原子质量正好等于3个氧原子的相对原子质量,即两种分子的相对分子质量是相同的。只要求出任意一种物质中氢元素的质量分数即可。
三、 利用特殊值求算
例5 在化合物A2B中,B的质量分数为40%,在化合物BC2中,B的质量分数为50%,则在化合物A2BC3中B的质量分数为多少?
解析 因为B在A2B和BC2中的质量分数分别为40%和50%,所以可以分别用3、4、2表示A、B、C的相对原子质量,从而可以求出B在A2BC3中的质量分数为25%。
另外,此题用代入法也可以顺利求解,即将A、C的相对原子质量分别用B来表示,然后代入A2BC3中,即可以求出答案,但是远没有用特殊值求算快速简便。
四、 根据有机物通式,用极限法求算
例6 求烷烃中碳元素质量分数的最大值。
五、 利用守恒法求算
例7 一铁铝合金,溶于足量盐酸中,再加入过量的氢氧化钠溶液,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧后完全转化为红色粉末状物质,经称量其质量等于原合金的质量。求原合金中铝的质量分数是多少?
解析 根据题目条件,可知铁的质量守恒,合金中铁全部转移到红色粉末状物质(即氧化铁)中了,而氧化铁的质量又等于合金的质量,所以可以推出铝的质量分数在数值上等于氧化铁中氧元素的质量分数。
六、 利用差量法求算
例8 一定量碳酸氢钠和铜的混合粉末于空气中加热至质量不再改变,发现加热前后质量相等,求原混合物中铜的质量分数。
解析 碳酸氢钠受热分解放出二氧化碳和水使固体质量减轻,而铜受热与氧气反应生成氧化铜使固体质量增重。由于加热前后质量相等,所以Δm(减)=Δm(增)。
以上只是对混合物中元素质量分数求算方法中几种比较常见类型的总结和概括,还有很多未能全部总结在内,希望通过这种方法可以帮助学生更好地解决学习中遇到的问题,同时也希望一部分学生也能够自己尝试着去做一些这样的事情,从而使得学生将知识构建在自己的知识体系内,最终达到知识和能力的同步发展。