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寒假练习6隔离分割法
寒假练习6-隔离分割法
寒假练习6——隔离分割法
在一定条件下,将所研究的体系相对独立地分割出来,以排除外界的干扰,这一思维方法称之为隔离分割法。
在化学解题中隔离分割法主要应用在以下几个方面。
1.隔离分割法解溶液问题
在解决溶液问题时,隔离法主要适用于温度不变,部分蒸发溶剂,且剩余溶液是饱和溶液的题目。
温度不变,饱和溶液不能继续溶解溶质的性质使隔离得以成立。
一般地说,脱离了后来饱和溶液的溶液(或溶剂和溶质)是隔离的对象之一。
2.隔离分割法解化学方程式中的计算问题
隔离法主要适用于“反应物的比例不同,则产物不同”这一类的化学方程式计算题(如Ca(OH)2与CO2反应,Fe与HNO3反应……),用隔离法将反应物分割,使之按照预定的方式进行反应,可能达到使计算简化的目的。
3.隔离分割法解混合物方面的计算题
利用隔离分割,将混合物隔离成几种或几组物质,以简化某些混合物计算。
4.隔离分割法应用于非计算题
在某些非计算的试题中,如将事物发生变化的一部分与未发生变化的其它部分隔离分割研究,同样可使问题得到简化。
5.隔离分割法解有机物的组成题
对有机物的燃烧反应及元素质量分数的求解,可将有机组成按照题目的要求进行隔离分割。
如有机物(以C2H4O为例)燃烧耗氧量的分析,便可将其组成分割成不耗氧的部分和耗氧的部分(即分割成C2H2·H2O),再进行比较。
6.隔离分割法解其它问题
经典题:
例题1:
(2001年上海高考)下列分子的电子式书写正确的是 ()
A.氨气
B.四氯化碳
C.氮气
D.二氧化碳
方法:
将原子中的电子隔离分割成成键电子和未成键电子两部分,再进行比较分析。
捷径:
选项A、B中都没有画出未成键的电子,正确的电子式依次是:
CO2的电子式为,C原子与O原子之间为双键。
以上两种是书写
电子式是常见的错误。
正确答案为C。
总结:
在电子式的正误判断方面,不少考生由于未能考虑未成键电子而出错。
例题2:
(1996年全国高考)在化合物X2Y和YZ2中,Y的质量百分比分别约为40%和50%,则在化合物X2YZ3中Y的质量百分比约为()
A.20%B.25%C.30%D.35%
方法:
将分子中的组成元素按质量分数进行隔离分割。
捷径:
[解法一]:
由化合物X2Y中Y的质量分数为40%得,即。
①由化合物YZ2中Y的质量分数为50%,得,即
②而化合物X2YZ3中Y的质量分数=,将①②式代入,有
[解法二]:
因Y在X2Y中占40%,所以令X=3,Y=4满足关系式。
Y在YZ2中占50%,
所以Y=4,Z=2,因而在X2YZ3中,即25%。
在这里必须说清楚,Y在两种情况下必须取同一数值,否则题目就解错了。
如果一时没有找到合适的整数,用分数也不妨碍答案,只是运算中稍有麻烦。
总结:
一题多解是培养学生思维能力的有效途径,经常自觉地探求用简单的方法解题,不仅提高学生的解题能力,而且对巩固基本概念、基本理论知识都有好处。
例题3:
(1993年全国高考)将适量铁粉放入三氯化铁溶液中,完全反应后,溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等。
则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是()
A.2:
3B.3:
2C.1:
2D.1:
1
方法:
将已反应的三氯化铁与未反应的三氯化铁进行隔离分割。
捷径:
根据反应的离子方程式Fe+2Fe3+=3Fe2+假设,如果生成3molFe2+,则未反应的Fe3+也为3mol,而反应的Fe3+为2mol。
则得答案为A。
总结:
通过隔离分割后的假想,在充分利用Fe3+和Fe2+浓度相等的基础上能快速获解。
例题4:
(1992年三南高考)将空气与CO2按5:
1体积比混和,跟足量的赤热焦炭充分反应,若反应前后的温度相同,则在所得气体中,CO的体积百分含量为(假设空气中氮、氧体积比为4:
1,其它成分可忽略不计)()
A.29%B.43%C.50%D.100%
方法:
将混合气体进行拆分,分别进行分析。
捷径:
假设空气的体积为5L(内含N24L、O21L),则CO2的体积为1L。
使其分别与赤热的焦炭充分反应,若反应前后的温度相同,由1LO2可得CO气体2L,由1LCO2可得CO气体2L,以此共得CO气体4L,故得答案C。
总结:
该题既采用了假想法,又采用了隔离分割法。
例题5:
(2001年高考试测题)在一杯透明的液体中加入一小颗固体,整杯液体完全转变成固体,则原液体和析出的固体分别可能是()
A.过饱和溶液,不带结晶水的晶体B.饱和溶液,带结晶水的晶体
C.过饱和溶液,带结晶水的晶体D.-10℃的过冷水,冰
方法:
通过对原透明液体进行隔离分割分析。
捷径:
将过饱和液体分割成晶体和饱和溶液两部分,当加入一小颗固体时,可以使少量的饱和溶液也变成带有结晶水的晶体,以此可以造成整杯液体完全转变成带有结晶水的固体,故C项可能,A不正确。
B选项可分割成晶体和水两部分,因现加入的固体较少,故不可能造成整杯液体完全转变成固体,B不正确。
D选项中虽然加入的冰能通过振动使部分过冷水变成冰,但由于水变成冰要放热,故不可能使整杯液体完全转变成固体,D项也不正确。
显然答案为C。
总结:
部分考生因未考虑水变成冰要放热,而错选D。
例题6:
(2002年全国高考)将2molH2O和2molCO置于1L容器中,在一定条件下,加热至高温,发生如下可逆反应:
2H2O(g)2H2+O2,2CO+O22CO2
(1)当上述系统达到平衡时,欲求其混合气体的平衡组成,则至少还需要知道两种气体的平衡浓度,但这两种气体不能同时是________和________,或________和________。
(填它们的分子式)
(2)若平衡时O2和CO2的物质的量分别为n(O2)平=amol,n(CO2)平=bmol。
试求n(H2O)平=________________。
(用含a、b的代数式表示)
方法:
将容器中发生的两个反应进行隔离分割比较。
捷径:
隔离分割两个反应后发现,其生成物H2和CO2仅与一个反应有关,而O2既是第一个反应的生成物,又是第二个反应的反应物,以此同时知道仅与一个反应有关的数据,便不能求得混合气体的平衡组成,以此不能同时是H2和H2O,或CO和CO2。
第
(2)问可通过列出关系求得n(H2O)平=2–2a–b。
总结:
在解答计算题时,既要注意隔离分割,又要注意反应间的相互联系,两者缺一不可。
金钥匙:
例题1:
2.1g由CO和H2组成的混合气体,平均相对分子质量为7.2,在足量的O2中充分燃烧后,再通过足量的Na2O2固体,固体质量将增加多少克?
方法:
将反应2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2↑及反应2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑中的反应物进行隔离分割,CO2可分割成CO·O,H2O可分割成H2·O,点号后面的氧原子相当于变成了O2放出。
以此可得分割后的反应为CO+Na2O2=Na2CO3及H2+Na2O2=2NaOH,比较分割后的反应便可快速获得结果。
捷径:
根据分割后的反应知,吸收和释放抵消,不论CO和H2的平均相对分子质量为几何,答案都为2.1g。
总结:
从反应实质分析,每molCO与每molH2一样,燃烧时都是结合0.5molO2,而所生成的CO2和H2O一样,与Na2O2反应后,每mol又放出O20.5mol:
其余质量全留在了固体中。
例题2:
343K时某物质的溶液348g,在温度不变的条件下,当蒸发掉20g水时有8g晶体析出(不含结晶水),再蒸去20g水有12g晶体析出,原溶液是否饱和?
343K时该物质的溶解度是多少?
原溶液的质量百分比浓度为多少?
方法:
虽然通过两次实验蒸发溶剂析出晶体,但仍可连续运用隔离法。
捷径:
因为第一次蒸去20g水有8g晶体析出,显然剩余的应是饱和溶液。
第一步将溶液想象分割为a、b两份,其中a为8g晶体溶于20g水配成的溶液,b为剩余饱和溶液。
第二步再将饱和溶液b想象分割为b1、b2两份,其中b1为12g晶体完全溶于20g水制得的饱和溶液,b2为剩余饱和溶液。
将b1与a对照可知a为不饱和溶液,所以原溶液也是不饱和溶液。
用饱和溶液b1进行溶解度(S)计算,得
S︰100g=12g︰20g,解得S=60g。
最后进行原溶液百分比浓度的计算,仍将溶液想象分割为a、b两份,其中b为饱和溶液,其溶液质量为320g,溶质质量(x)可用溶解度分析得:
x︰320g=60g︰160g,解之得x=120g
将a、b两份的溶质质量和、溶液质量和代入百分比浓度公式计算有
×100%=36.8%。
总结:
溶液饱和程度分析是解答该题的关键,因两次均蒸发掉相同质量的水,但两次析出的晶体质量不相同,故知开始为不饱和溶液。
例题3:
在含0.2molAl3+的某溶液中,加入100mLNaOH溶液,产生0.05mol沉淀,则加入的NaOH溶液的物质的量浓度可能是多少?
方法:
由反应前后Al元素物质的量对照可知Al3+未被全部沉淀,应分两种情况讨论。
捷径:
(Ⅰ)设NaOH不足量,Al3+部分沉淀,则有
Al3++3OH-=Al(OH)3↓……⑴
NaOH的物质的量=3×0.05mol=0.15mol
NaOH溶液的物质的量浓度为0.15mol/0.1L=1.5mol/L。
(Ⅱ)设NaOH过量,依题意将Al3+想象分割为a(含0.05molAl3+)、b(含0.2mol—0.05molAl3+)两部分,a的反应情况参见反应⑴,b的反应情况为:
Al3++4OH-=AlO2-+2H2O……⑵
NaOH物质的量=4×(0.2mol—0.05mol)=0.6mol
将⑴、⑵两反应所需OH-的量相加,即得NaOH物质的量为0.75mol,进一步可求得NaOH的物质的量浓度为7.5mol/L。
总结:
该反应中铝元素的存在有两种情况,一种为Al3+和Al(OH)3,另一种为AlO2-和Al(OH)3。
部分学生因只考虑其一而出错。
例题4:
当燃烧8.96L由CH4、CO、C2H6组成的混合气体时,除生成水外,还有13.44LCO2(体积皆为标准状况下的数值),试求混合气体中含C2H6的体积。
方法:
通过燃烧前后含碳元素的气体的体积比较求得。
捷径:
将混合气体想象分割为a(CH4、CO)和b(C2H6)两部分,观察发现a部分气体燃烧生成的CO2体积与原气体体积相同。
所以C2H6燃烧是造成反应前后气体体积差的唯一因素。
接着用差量法解题。
设混合气体含C2H6的体积为x,则有
C2H6→2CO2气体体积差
1L2L1L
x(13.44—8.96)L
解得x=4.48L。
总结:
根据物质含碳量的不同,将三种气体分成两组,可使解题变得简单。
例题5:
配平方程式
方法:
采用隔离分割法,将有机物中发生变化部分的化合价隔离出来分析。
捷径:
将甲苯想象分割成苯基和甲基两部分,将苯甲酸想象分割为苯基和羧基两部分,观察发现苯基部分元素化合价不变,只要确定甲基、羧基部分碳元素化合价即可用化合价升降法配平。
因C─C化合价可看着0,以此-CH3中碳的的化合价为-3,-COOH中碳的化合价为+3,碳的化合价从-3升高到+3,每个碳升高6,每个KMnO4化合价降低5,以此得配平后的化学方程式为:
总结:
这种有机物的不完全氧化,若按一般方法确定元素化合价十分麻烦,且常出现分数值,若用隔离法分析可使问题简化。
例题6:
把一定量的硝酸钾不饱和溶液分成两等份,一份蒸发掉10g水即可成为10℃时的饱和溶液,另一份若在其中加入2.09g硝酸钾亦可成为10℃时的饱和溶液,求硝酸钾在10℃时的溶解度。
方法:
由于“每一份”硝酸钾不饱和溶液的质量不具体,这就增大了本题的难度。
但如通过作出变化的图像进行分析便知,整个过程相当于2.09g硝酸钾溶于10g水即可成为10℃时的饱和溶液。
捷径:
现作下图示并分析:
上图,我们人为地把A、B两份不饱和溶液看作是由“10g水”与一定量饱和溶液所组成。
就“A”而言,之所以不饱和是由于它多了10g水;对“B”来说,之所以不饱和,是由于其中还能溶解2.09gKNO3。
因为“B”与“A”是等量的同种不饱和溶液,所以“B”中还能再溶解的2.09gKNO3,实际上就是恰好溶解在多余的这10g水中。
故10℃的KNO3的溶解度通过“10:
2.09=100:
x”即可求出x=20.9g。
总结:
将看似复杂的过程,通过作出分割图形,便能迅速获得结果。
例题7:
在一定条件下,把乙醇汽化为蒸气,然后和乙烯以任意比例混合,其混合气体为aL,将其完全燃烧,需消耗相同条件下的O2是多少?
方法:
将乙醇和乙烯从分子组成上先分别分析,再相互联系合并分析,找出两者耗氧的关系,对比后即可获得结果。
捷径:
若将乙醇变换如下,C2H5OH→C2H4·H2O,组成中H2O不耗氧。
由此知等物质的量的乙醇与乙烯燃烧耗O2的量相等,所以可把aL混合气体全看作乙烯或乙醇即可知耗O23aL。
总结:
此题求解无从着手,若将乙醇变换便可迅速求解,在有机中组成的变换还有很多。
如将乙酸变换成C2H2·H2O,乙酸变换成C2·2H2O等。
例题8:
加热硫酸亚铁结晶水合物和硝酸银的混合物170g,使其完全分解。
得固体残渣96.8g,将反应产生的气体通过水和碱液充分吸收后,剩余气体为3.36L(标准状况)。
求原混合物中硫酸亚铁晶体的化学式。
加热分解的方程式分别为:
2AgNO3
2Ag+2NO2↑+O2↑
2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑
注:
进行计算时不考虑SO2与NO2的反应
方法:
将硫酸亚铁结晶水合物与硝酸银晶体的分解反应相隔离,从剩余气体入手进行分析。
捷径:
设硫酸亚铁的物质的量为x,硝酸银的物质的量为y。
则:
2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑, 2AgNO3
2Ag+2NO2↑+O2↑
x0.5x yyy0.5y
由题意和方程式得知被水和碱液吸收后的剩余气体是O2
根据反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3知,物质的量为y的NO2耗O20.25y。
O2有剩余,剩余O2为0.25y,0.25y=
mol,解得y=0.6mol。
AgNO3的质量为:
170g/mol×0.6mol=102g
硫酸亚铁晶体的质量为:
170g-102g=68g
Ag的质量为:
108g/mol×0.6mol=64.8g
Fe2O3的质量为:
96.8g-64.8g=32g,0.5x=
mol,解得x=0.4mol。
FeSO4的质量为:
152g/mol×0.4mol=60.8g
FeSO4·nH2O
FeSO4+nH2O
152+18n152
68g60.8g
解得n=1,
该硫酸亚铁晶体化学式为FeSO4·H2O。
总结:
解答该题首先要弄清剩余气体为什么物质,而后运用隔离分割进行求算。
例题9:
在标准状况下,在盛有足量Na2O2的密闭容器中充满CO和CO2的混合气体。
已知容器的容积为2.24L,混合气体的平均相对分子质量为32。
用电火花装置不间歇地引发反应,此时容器的反应充分进行,且皆为两两物质间的反应。
试求:
(1)反应前混合气中含CO、CO2物质的量各是多少?
(2)反应后容器内含什么物质,质量各为多少克?
(设固体反应物体积忽略不计)。
方法:
将与Na2O2反应的CO和CO2混合气体进行分割处理。
捷径:
(1)设:
混合物中含CO2xmol,则
44x+28(2.24/22.4-x)=(2.24/22.4)×32,x=0.025(mol)……CO2
CO物质的量=0.1mol-0.025mol=0.075mol
(2)容器中反应为:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2……
(1),2CO+O2=2CO2
上述两个反应相当于Na2O2+CO=Na2CO3……
(2)(CO全部吸收)
根据反应
(1)、
(2)可得:
m(Na2CO3)=0.1mol×106g/mol=10.6g,m(O2)=0.025mol×0.5×32g/mol=0.4g。
总结:
对Na2O2与CO的反应,该题充分利用了反应的合并,使解题变得简单明了。
需要说明的是,CO本身并不能与Na2O2发生反应,只有在有O2的存在下,且在不断电火花作用下,才能使反应得以发生。
例题10:
将一定量的CO2气体通入500mLNaOH溶液中,完全反应后将溶液低温蒸发,得到不含结晶水的固体A。
取三份质量不同的该固体分别与50mL相同浓度的盐酸反应,得到气体的体积与固体A的质量关系如下表所示:
组别
1
2
3
盐酸的体积/mL
50
50
50
固体A的质量/g
3.80
6.20
7.20
气体体积/mL
896
1344
1344
(注:
气体体积在标准状况下测得)
(1)上表中第几组数据表示所加盐酸有剩余?
简述理由。
(2)请经过计算,讨论判断固体A含什么物质?
各成分的质量分数各是多少?
方法:
将三组反应隔离分割分析。
捷径:
(1)因1~3各组所用盐酸量相同,而第一组生成的气体比2、3组少,所以第一组盐酸过量。
(2)将一定量的CO2气体通入NaOH溶液中可能发生反应有:
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3。
判断固体A含什么物质,所用盐酸必须过量,以此用第1组数值计算。
A可能组成有4种情况:
(1)只含Na2CO3、
(2)只含NaHCO3、(3)含NaOH和Na2CO3、(4)含Na2CO3和NaHCO3。
若只生成Na2CO3,则m(Na2CO3)=4.24g>3.80g,
(1)、(3)不符合;若只生成NaHCO3,m(NaHCO3)=3.36g<3.80g,
(2)不符合。
最后求得A中含Na2CO3、NaHCO3各0.02mol
ω(Na2CO3)=55.8%ω(NaHCO3)=44.2%
总结:
将三种不同质量的固体与同体积、同浓度的盐酸反应,若要求算固体中的成分,则需根据盐酸过量进行计算(也即第一组)。
若要求算盐酸的浓度,则需根据盐酸不过量进行计算(也即第三组)。
练习:
1.将40mLNO与CO2的混合气体通过足量的Na2O2充分反应后,剩余气体的体积在温度、压强相同的情况下测得其体积为20mL,则原混合气体中,NO与CO2的体积比不可能是()
A.2:
3B.4:
3C.3:
5D.5:
6
2.某金属元素的硝酸盐受热分解,生成的NO2与O2的物质的量之比为8:
1,反应过程中该金属元素的化合价()
A.不变B.升高C.降低D.无法确定
3.X、Y、Z、W4种元素,有下列反应:
(a)X+Y2+→X2++Y(水溶液中)
(b)Z+2H2O→Z(OH)2+H2(常温)
(c)将Y和W的单质贴紧,浸入稀硫酸中,Y有溶解现象而W上有气泡,但无损失,则下列顺序正确的是()
A.氧化性Y2+>X2+>Z2+>Wx+B.还原性W>Z>X>Y
C.金属活动性Z>X>Y>WD.金属活动性X>Y>W>Z
4.在FeSO4与Fe2(SO4)3组成的某混合物中,测得硫元素的质量分数a%,则含铁的质量分数为()
A.1-3a%B.3a%C.100-3a%D.(100-3a)%
5.在托盘天平两盘上分别放一个盛有100mL浓度为20%的盐酸的等量的烧杯,调节天平平衡。
然后分别加入等质量的Fe片(左盘)和Zn片(右盘),完全反应后,天平可能出现的情况是()
A.仍然平衡B.右盘下沉C.左盘下沉D.无法判断
6.把足量的铁粉投入硫酸和硫酸铜的混合液中,充分反应后,剩余金属粉末的质量与原来加入的铁粉质量相等,则原溶液中H+与SO
的物质的量浓度之比为()
A.1∶4B.2∶7C.1∶2D.3∶8
7.将500mLpH=5的CuSO4溶液用惰性电极电解一段时间,溶液的pH变为2,若使溶液的浓度、pH与电解前相同,可采取的方法是()
A.向溶液中加入0.245gCu(OH)2B.向溶液中加0.31gCuCO3
C.向溶液中加入0.0025molH2SO4D.向溶液中加入0.2gCuO
8.有三组物质
(1)NO和溴蒸气,
(2)乙醛、苯和CCl4三种无色液体,(3)硫酸铜、碳酸钙、碘化钠和干燥的碱石灰(内含少量酚酞)四种白色粉末。
只用一种试剂就能将三组物质中的各种物质一一鉴别出来,这种试剂可以是()
A.蒸馏水B.Na2CO3溶液C.汽油D.NaOH溶液
9.A、B两种化合物的溶解度曲线如下图。
现要用结晶法从A、B混合物中提取A。
(不考虑A、B共存时,对各自溶解度的影响。
(1)取50g混合物,将它溶于100g热水,冷却至20℃。
若要使A析出而B不析出,则混合物中B的质量分数(B%)最高不能超过多少?
(写出推理及计算过程。
)
(2)取Wg混合物,将它溶于100g热水,然后冷却10℃。
若仍使A析出B不析出,请写出在下列两种情况下,混合物中A的质量分数(A%)应满足什么关系式。
(以W、a、b表示。
只需将答案填写在下列横线的空白处。
)
当W<a+b时,A%____________。
当W>a+b时,A%____________。
10.取0.45molNaOH、0.35molNa2CO3和0.20molNaHCO3溶于足量水中,然后在混合溶液中逐滴加入盐酸,反应明显分为三个阶段进行,若加入的HCl为nmol,溶液中NaCl、Na2CO3和NaHCO3分别为xmol、ymol、zmol,试分别计算n值增大过程中,不同反应阶段的n值取值范围所对应的x、y、z值,将所得结果填入下表:
(提示:
Na2CO3与HCl的反应过程为:
1、Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl,2、NaHCO3+
HCl=H2O+CO2↑+NaCl)
加入HCl
(nmol)
NaCl
(xmol)
Na2CO3
(ymol)
NaHCO3
(zmol)
11.将一定量碳酸氢钠和铜的混合粉末放在容器里,在空气中用酒精灯加热至质量不再改变,发现加热前后固体质量相等。
写出有关的化学方程式,并计算原混合物中含铜的质量百分率。
12.现有0.300LH2SO4和Na2SO4的混合溶液,其中H2SO4的物质的量浓度为1.00mol·L—1,Na2SO4的物质的量浓度为0.800mol·L—1。
欲使H2SO4的浓度变为2.00mol·L—1,Na2SO4的浓度变为0.500mol·L—1,应向原溶液中加入98%(ρ=1.84g·cm—3)的浓硫酸多少毫升?
再加水将溶液稀释至多少毫升?
答案:
1.B2.B3.C4.AD5.AC6.A7.BD8.A
9.
(1)在20℃时,若要B不析出,该溶液中B不超过20g,则A的质量超过30g
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