课外阅读用守恒法解有关镁铝和铁的计算题.docx
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课外阅读用守恒法解有关镁铝和铁的计算题
[课外阅读]用守恒法解有关镁、铝和铁的计算题
有关金属的计算题,解题方法有多种,其中最重要的一种是守恒法,这种方法常常能快速,准确地解出较难的计算题!
一、得失电子守恒与终态法结合
例1:
将5.1g镁和铝投入500ml2mol/L的盐酸中,生成氢气0.5g,金属完全溶解:
再加入4mol/L的NaOH溶液,
(1)若要使生成的沉淀最多,则应加入NaOH溶液的体积是()
A.200mlB.250mlC.425mlD.560ml
解析:
要使生成的沉淀最多,Mg2+和Al3+全部生成Mg(OH)2和Al(OH)3沉淀,溶液中溶质只含NaCl,据Na+与Cl-守恒有500×2=4×V(NaOH),所以V(NaOH)=250ml。
(2)生成沉淀的质量最多是()
A.22.1gB.8.5gC.10.2gD.13.6g
解析:
从始态(金属镁和铝)到终态(Mg(OH)2和Al(OH)3)沉淀,固体增加的质量为OH-的质量,只要计算出OH-的物质的量即可,而OH-的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量,因反应中生成氢气0.5g,所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的2倍,即0.5mole,答案为D。
例2:
向100ml水中投入K和Al共15g,充分反应后,剩余金属为1.8g
(1)计算放出H2多少升(标准状况下)
解析:
剩余金属1.8g只可能是Al(因钾要与水反应),钾与水反应生成KOH和H2,KOH再与Al反应(因金属Al有剩余,所以生成的KOH完全反应),
2K+2H2O=2KOH+H2↑①
2KOH+2H2O+2Al=2NaAlO2+3H2↑②
①+②得:
2K+2Al+4H2O=2NaAlO2+4H2↑
有关系式金属质量~~~氢气体积(标准状况下)
66g44.8L
V(H2)V(H2)=8.96L
(2)过滤出未反应的金属,向滤液中逐滴加入4mol/L的H2SO4溶液,生成沉淀的最大值是多少,此时消耗H2SO4溶液的体积是多少?
解析:
据Al守恒有关系式:
Al~~~~Al(OH)3可计算生成沉淀的质量。
要使生成的沉淀最多,Al3+全部生成Al(OH)3沉淀,溶液中溶质只含K2SO4溶质,据K+与SO42-守恒有关系式
2K~~~~H2SO4
2mol1mol
0.2mol4×V(H2SO4)
V(H2SO4)=25ml
(3)生成沉淀后,再加入H2SO4溶液,使沉淀刚好完全溶解,此时消耗H2SO4溶液的体积是多少?
解析:
沉淀刚好完全溶解时,溶液中只有K2SO4和Al2(SO4)3。
由电荷守恒有:
2n(SO42-)=3n(Al3+)+n(K+),所以有n(H2SO4)=3/2n(Al)+1/2n(K)答案为100ml。
二、电荷守恒的运用
例3:
将K2SO4和Al2(SO4)3和KAl(SO4)2三种混合溶液加H2SO4酸化。
测得
C(SO42-)=0.105mol/L,C(Al3+)=0.055mol,pH=2.0(假设H2SO4完全电离为H+和SO42-)
则C(K+)为:
A.0.045mol/LB.0.035mol/LC.0.055mol/LD.0.040mol/L
解析:
因pH=2.0所以C(H+)=0.01mol/L,C(OH-)很小,忽略不计。
根据电荷守恒有:
C(K+)+3C(Al3+)+C(H+)=2C(SO42-)解之:
C(K+)=0.035mol/L
例4:
现有K2SO4和Al2(SO4)3和KAl(SO4)2的混合溶液,其中n(SO42-)=2mol向混合溶液逐滴加入KOH,使生成的沉淀刚好完全溶解时,消耗2molKOH溶液,求原溶液中的K+的物质的量?
解析:
生成的沉淀刚好完全溶解时,消耗2molKOH溶液,由反应
Al3++4OH-=AlO2-+2H2On(Al3+)=n(OH-)/4=0.5mol
设原溶液中的K+的物质的量为n(K+原),由电荷守恒,对原溶液有
n(K+原)+3n(Al3+)=2n(SO42-)①
加入2molKOH溶液后,由电荷守恒有:
n(K+原)+n(K+加入)=n(AlO2-)+2n(SO42-)②
由Al元素守恒有:
n(Al3+)=n(AlO2-)③
联立①②③解得:
n(K+原)=2.5mol
例5:
某些化学试剂可用于净水。
水处理中使用一种无机高分子,化学式为[Al2(OH)nClm·yHO]x,式中m等于
A.3-nB.6-nC.6+nD.3+n
解析:
由电荷守恒有:
3n(Al3+)=n(OH-)+m(Cl-)
即3×2=n+mm=6-n
例6:
非整数比化合物Fe0.95O具有NaCl晶体结构,由于n(Fe):
n(O)<1,所以晶体结构存在缺陷,在Fe0.95O中,+3价的Fe占总铁量的()
A.10.0%B.85.0%C.10.5%D.89.50%
解析:
设+3价铁为xmol,依电荷守恒有:
3n(Fe3+)+2n(Fe2+)=2n(O2-),即:
3x+2(0.95-x)=2×1x=0.1
+3价的Fe占总铁量的0.1/0.95×100%=10.5%
三、质量守恒或电荷守恒与电解质溶液的相关知识结合。
例7:
常温下由HCl、MgCl2、AlCl3组成的混合溶液1.0L,其物质的量浓度分别为0.1mol/L、0.1mol/L、1.2mol/L
(1)已知溶液中的C(Mg2+)与溶液pH的关系为:
lgC(Mg2+)=17-2pH
向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9能否析出Mg(OH)2沉淀?
解析:
将pH=9代入lgC(Mg2+)=17-2pH计算出C(Mg2+)=0.1mol/L
所以不能析出Mg(OH)2沉淀。
(2)向混合溶液中加入NaOH容液,溶液中AlO2-随pH变化如下表:
试写出碱性条件下AlO2-与pH的关系式:
解析:
常温下pH=8时,C(H+)=10-8mol/LC(OH-)=10-6mol/L
C(AlO2-)=10-3mol/L
pH=9时,C(H+)=10-9mol/LC(OH-)=10-5mol/LC(AlO2-)=10-2mol/L
pH=10时,C(H+)=10-10mol/LC(OH-)=10-4mol/LC(AlO2-)=10-1mol/L
pH=11时,C(H+)=10-11mol/LC(OH-)=10-3mol/LC(AlO2-)=100=1mol/L
不难发现C(OH-)=10-3C(AlO2-)①
因为C(OH-)=Kw/C(H+)=10-14/C(H+)②
由pH=-lgC(H+)有C(H+)=10-pH③
联立①②③有:
C(AlO2-)=10pH-11(提示:
关系式是否正确,可带入检验)
(3)向混合溶液中加入NaOH容液,使溶液的pH=11,需要加入NaOH_____g(忽略溶液的体积变化)
解析:
(方法一)中和盐酸消耗NaOH的物质的量为0.1mol,因pH=11,沉淀Mg2+消耗NaOH的物质的量为0.2mol
pH=11时,C(AlO2-)=1mol/L,n(AlO2-)=1mol因为溶液呈碱性,
所以Al3+不能大量共存,由Al元素质量守恒有:
nAl(OH)3=n(Al)-n(AlO2-)
nAl(OH)3=0.2mol1molAl3+转化为AlO2-需要4molOH-,0.2molAl3+转化为Al(OH)3需要0.6molOH-,所以需要加入NaOH的物质的量为
n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9molm(NaOH)=196g。
(方法二)pH=11时,溶液中溶质为NaCl和NaAlO2溶液,由质量和电荷守恒有:
n(Na+)=n(AlO2-)+n(Cl-)而n(Cl-)=0.1+0.1×2+1.2×3=3.9mol
n(AlO2-)=1mol所以n(NaOH)=n(Na+)=4.9molm(NaOH)=196g
从这里读者不难发现用守恒法的好处!
练习题:
(1)将10.2g的镁和铝投入1000ml2mol/L的盐酸中,金属完全溶解:
再加入4mol/L的NaOH溶液,若要使生成的沉淀最多,则应加入NaOH溶液的体积是()
A100mlB700mlC600mlD500ml
(2)一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250ml2mol/L的硝酸溶液,反应完全后,生成1.12LNO气体(标准状况下),再加入1mol/L的NaOH溶液,要使铁元素完全沉淀下来,所加NaOH溶液的体积最少为()
A450mlB500mlC400mlD不能确定
(3)向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物投入100ml1mol/L的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出224ml(标准状况)的气体,所得溶液中,加入KSCN溶液无血红色出现,若用过量的CO在高温下还原相同质量的混合物,能得铁的质量为()
A11.2gB5.6gC2.8gD无法计算
(4)向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100ml2.2mol/L的硫酸溶液中,充分反应后生成896ml标准状况下的气体,得不溶物1.28g,过滤后,溶液中阳离子只有Fe2+。
向滤液中加入2mol/L的NaOH溶液,加至40ml时开始出现沉淀,则滤液中FeSO4的物质的量浓度为(设滤液体积为100ml)()
A2mol/LB1.8mol/LC1.9mol/LD无法计算
(5)将4.6gCu和Mg完全溶于浓硝酸溶液中,反应中硝酸的还愿产物为4480mlNO2气体和336mlN2O4气体(标准状况下),反应后的溶液中,加入过量NaOH溶液,生成沉淀的质量为()
A9.02gB8.51gC8.26gD7.04g
参考答案:
(1)提示:
Mg2+和Al3+全部沉淀,,溶液中只含NaCl溶质,选D。
(2)提示:
铁元素完全沉淀下来,溶液中溶质为NaNO3,依据氮元素守恒计算,选A。
(3)提示:
反应后的溶液溶质只有FeCl2,所以n(Fe)=n(Fe2+)=1/2(Cl-)选C。
(4)加至40ml时开始出现沉淀时,溶液中溶质只有FeSO4和Na2SO4时,依据S元素守恒有n(FeSO4)=n(H2SO4)-n(Na2SO4)选B。
(5)提示:
从始态(金属镁和铜)到终态(Mg(OH)2和Cu(OH)2)沉淀,固体增加的质量为OH-的质量,只要计算出OH-的物质的量即可,而OH-的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量。
转移的电子的物质的量等于氮元素得电子的物质的量,选B。
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