物质的量在化学计算中的重要地位

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物质的量在化学计算中的重要地位

    在相当多的化学计算中,都可以通过“物质的量”进行运算,“物质的量”的引入,给许多化学运算带来了方便。

    “物质的量”在化学计算中的运用,例示如下:

    1.换算和比较

    除了以物质的量为中心的各种换算外,还有有关溶液各种浓度的换算,以及微粒数目、质量的多少比较,气体体积、压强的大小等的比较。有的情况则是在进行换算1后再进行各种比较。

    例1.将98%的浓硫酸(ρ=1.84/厘米),配制成1∶5的稀硫酸(ρ=1.225克/厘米)求此稀硫酸的质量百分比浓度和物质的量浓度。

    解:设:取1毫升98%浓硫酸和5毫升水,即可配成1∶5的稀硫酸。

    则:其质量百分比浓度为:

    1×1.84×98%

    1×1.84+5×1×100%=26.36%

    又设:取1升此稀硫酸,其物质的量浓度为:

    (100×1.225×26.36%)/98  =3.295(摩尔/升)

    例2分别由下列四组物质制取气体:

    ①MnO2和浓盐酸;②Ca(OH)2和(NH4)2SO4;③NaCl和浓 h2SO4;④FeS和 h2SO4(稀)。所产生的气体在同温同压下的密度,由小到大的排列顺序为()

    解:由题意分析可知:①Cl2、②NH3、③HCl、④H2S

    ∵同温、同压下ρA/ρB=MA/MB

    又∵上述气体的摩尔质量由小到大的顺序是:②④③①。

    ∴密度由小到大的顺序是②④③①。

    2、求原子量、分子量

    在运算中,只要求出物质的摩尔质量,即可求出相应的原子量或分子量。

    例3有 a、B、C三种一元碱,它们的分子量之比为3∶5∶7。若把7摩尔 a,5摩尔 b和3摩尔 c混合均匀,取混和碱5.36克,恰好能中和含0.15摩尔氯化氢的盐酸。试计算 a、B、C三种碱的分子量各是多少?

    解:因一元碱与盐酸中的氯化氢刚好中和,它们的物质的量相同,所以

    5.36克混和一元碱的总物质的量是0.15摩尔。

    设:A、B、C的摩尔质量分别为3X、5X、7X。

    7×3x+5×5x+3×7x5.36

    根据题意有:

    7+5+3=0.15

    解得:X=8

    ∴MA=3×8=24克/摩尔、MB=5×8=40克/摩尔

     mC=7×8=56克/摩尔

    即:A、B、C三种一元碱的分子量分别是24、40、56。

    3、求化合物的分子式

    化合物的分子是同一定数目的原子构成的。只要求出构成分子的各原子的物质的量或物质的量之比,就可以求出分子式。

    例4有 x和 y两种元素,能形成两种化合物 c1和 c2,每种化合物的质量百分组成如下:

     x y

     c175%25%

     c280%20%

    若知道 c1的分子式为 xY4,求 c2的分子式。

    解:根据 c1:mX∶mY=3∶1(质量比)

     nX∶nY=1∶4(原子个数比物质的量比)

    可知:MX∶MY=∶(原子量之比)

    即:MX=12MY

    在 c2中:

     nX∶nY= y∶ y=1∶3(物质的量比原子个数比)

    12M m

    ∴C2的分子式为 xY3。

    例5将0.435克某种铁的氧化物加热,同时通入足量的 cO使之还原。将 生成 cO2通入足量的澄清的石灰水中,得到0.75克沉淀。求该铁氧化物的分子式。

    解:铁氧化物中的氧被 cO全部夺去,而且1molCO可夺得1mol氧原子转化为1molCO2。1molCO2通入石灰水可得1molCaCO3。

    设:铁的氧化物中含氧 x克。

    根据题意有:

    解得:X=12(克)

    则铁氧化物中含铁为:0.435?0.12=0.135(克)

    ∴nFe∶no=0.315∶0.12=3∶4

    5616

    则铁氧化物的分子式为:Fe3O4。

    例6在一定条件下,取50毫升气态有机物 a并充入200毫升氧气(同温、同压)点燃,恰好完全反应后生成等体积的二氧化碳和水蒸气。在相同条件下测得反应后混和气体的密度比反应前减了1/6。求 a的分子式。

    解:由题意分析可知 nco2∶nH2O=1∶1

    ∴nc∶nH=1∶2、且 vA∶Vo2=1∶4

    设:A的分子式为 cxHyOz,

    则:CxHyOz+4O2点燃

    → xCO2+XH2O

    ∵反应前后氧原子数相同,∴3X=8+Z……①

    又∵ρ前∶ρ后=n后∶n前

    设:ρ前=1、∴ρ后=1?1/6=5/6。

    12x

    ∴5/=解得:X=3

    61+4

    将 x=3代入①式中解得:Y=1

    ∴A的分子式为:C3H6O

    4、有关混和气体的计算

    混和气体中的各种组分均处于同条件下。运用有关关系式可以计算出混和气体中各组分的体积或百分含量,也可计算出气体的压强。

    例7有一无色气体可能由 cO2,CO和 o2组成。取3O毫升该混和气体,使其缓缓通过 na2O2充分反应后气体体积变为25毫升;同电火花引燃剩余的气体,反应完全后恢复到原来的温度和压强时,气体体积变为20毫升。通过计算说明原混和气体由哪些成分组成?各成分的体积是多少?

    解:在同温同压下,气体的体积与物质的量成正比。

    设:X毫升 cO2与 na2O2充分反应,放出 y毫升 o2。

    2Na2O2+2CO2=2Na2O3+O2气体体积减小

    212?1=1

     x y30?25=5

    剩余 cO和 o2点燃。设 z毫升 cO跟 m毫升 o2反应,

    2CO+O2=2CO2气体体积减小

    21(2+1)?2=1

     z m25?20=5

    211

    即:?=解得Z=10毫升

     m m5

     m=5毫升

    讨论:①若 cO有剩余,则含 cO210毫升,CO20毫升。无 o2。

    ②若 o2剩余,则含 cO210毫升、CO10毫升、O210毫升。

    例8在20℃、1.01×105Pa条件下,等体积的4个容器中分别装有 o2、NO、NH3、HCl气体。当把它们连通起来,各种气体充分混和后,在温度和总体积不变的情况下,容器内的压强为多少?

    解:设四种气体均为 x mol。

    则2NO+O2=2NO2

     x x/2X

    即剩余 o2X/2mol,生成 nO2xmol,共1.5×mol。

    又∵HN3+HCl=NH4Cl(固),压强可忽略不计。

     p215X

    ∴==0.375

     p14X

    ∴p1=0.01×105Pa,∴P2=3.788×104Pa

    5、有关溶液的计算

    包括计算溶液物质的量浓度,各种溶液浓度的换算,溶液的稀释和浓缩,溶液的 pH值等。

    例9现有硫酸和硫酸钠混和溶液200毫升,其物质的量浓度分别为

    2mol/1和1mol/1。若使混和溶液中硫酸和硫酸钠的物质的量浓度分别达到

    4mol/1和0.4mol/1,需向混和溶液中加入72%ρ=1.63g/cm3的硫酸多少毫升后再加水配制?

    解:由题意知:配制后硫酸浓度增大,硫酸钠浓度减小。应首先计算出硫酸钠溶液稀释后的体积。再根据稀释后体积计算应加入72%的硫酸多少才能使其浓度达到4mol/1。

    设:Na2SO4溶液稀释后混和溶液体积为 x

    则:1×200=0.4×X解得:X=500(ml)

    设:需加入72%的 h2SO4YML

     y×1.63×72%

    则4×0.5=2×0.2+=133.6(ML)

    98

    解得:y=133.6(ml)

    以上通过例题简介了物质的量在化学计算中的应用。其实物质的量应用很广,它还可以应用于反应热,氧化?还原反应,化学平衡等计算。