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研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时,使用类似数轴的方法可以收到的直观形象的效果.许多化学反应,随着反应物的比例不同,产物就有所不同.而每一个恰好完全反应的反应物的物质的量的比例关系,就相当于数学的一个极值点.极值点一旦确定,就确定了反应的区间,反应物有什么样的比例关系,就一定会落在其中的一个区间内,于是 我们就可以利用极值点去划分反应区间,去判断反应产物和过量物质.这就是极值法的原理.同样,我们可以利用数轴来表示这个极值点,来表示这个反应区间,来判断反应产物和过量物质.这就是数轴法的原理.
一、二氧化碳与碱反应后溶质成分的判断
(1)反应原理
NaOH少量CO2Na2CO3过量CO2NaHCO3
①2NaOH+CO2Na2CO3+H2O
②NaOH+CO2NaHCO3
(2)数轴表示
例1 向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体后,在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,并将溶液加热,产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发):
则下列分析都正确的组合是
思路点拨 解答本题的关键有两点:①根据CO2与NaOH溶液的反应,推测反应产物的可能情况;②结合Na2CO3、
NaHCO3及NaOH与稀盐酸反应确定产生CO2的量.
解析 选B.向NaOH溶液中通入CO2时,所得溶液中的溶质可能有:①只有Na2CO3,②只有NaHCO3,③Na2CO3与NaHCO3,④Na2CO3与NaOH.而NaOH、Na2CO3、NaHCO3分别与 HCl反应的方程式为:NaOH+HClNaCl+H2O;Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3和NaHCO3+HClNaCl+CO2+H2O;
二、Fe与稀硝酸反应后溶质成分的判断
(1)反应原理
HNO3少量FeFe(NO3)3过量FeFe(NO3)2
Fe与稀硝酸反应时,产物取决于二者的相对量,可能发生如下反应:
①Fe不足量时:
Fe+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO+2H2O
②Fe过量时:
3Fe+8HNO3(稀)3Fe(NO3)2+2NO+4H2O
(2)数轴表示:
①当n(Fe)n(HNO3)≤14时,按反应①进行
产物仅有Fe(NO3)3,HNO3可能有剩余.
②n(Fe)n(HNO3)≥38,按反应②进行,产物仅有Fe(NO3)2,Fe可能有剩余.
③当14
例2 把7.2 g铁粉投入某硝酸溶液中,充分反应剩余固体1.6 g,产生NO2和NO的混合气体0.08 mol.若不考虑N2O4的存在,则原HNO3溶液中HNO3的物质的量为( ).
A.0.34 mol B.0.38 mol C.0.28 mol D.0.2 mol
思路点拨 解答本题的关键有两点:①根据剩余固体(Fe粉)确定产物为Fe(NO3)2;②根据N原子守恒关系确定n(HNO3).
解析 选C.因为有铁粉剩余则生成的盐为Fe(NO3)2,且HNO3已反应完.参与反应的n(Fe)=7.2 g-1.6 g56 g/mol=0.1 mol,n[Fe(NO3)2]=n(Fe)=0.1 mol,则原溶液中n(HNO3)=2n[Fe(NO3)2]+[n(NO2)+n(NO)]=2×0.1 mol+0.08 mol=0.28 mol.守恒法是解决有关铁的计算的重要手段,利用守恒法解题的关键是找准守恒点,如质量守恒、原子守恒(Fe、N等)、电荷守恒、得失电子守恒等,在此基础上列式求解,可迅速得出合理答案.
三、铝盐与强碱、偏铝酸盐与强酸反应的有关计算
铝盐与强碱的反应(以AlCl3与NaOH的反应为例)
(1)反应原理
AlCl3少量NaOHAl(OH)3过量NaOHNaAlO2
①Al3++3OH-Al(OH)3
②Al(OH)3+OH-AlO-2+2H2O
(2)数轴表示
说明:偏铝酸盐与强酸反应类推
例3 将AlCl3溶液和氢氧化钠溶液等体积混合,得到的沉淀中含铝元素与溶液中所含铝元素相等,则原AlCl3与NaOH两溶液的物质的量浓度之比可能是( ).
A.1∶3 B.2∶3
C.1∶4 D.2∶7
思路点拨 解答本题的关键:根据NaOH的量确定沉淀;
解析 溶液中的Al元素可能有两种存在形式:
(1)若AlCl3过量,溶液中以Al3+形式存在:
c(AlCl3)∶c(NaOH)=(1+1)∶3=2∶3
(2)若NaOH过量,溶液中以AlO-2形式存在:
c(AlCl3)∶c(NaOH)=1∶(3+0.5)=2∶7
答案:BD