金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法.docx

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金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法

金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法

金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法：

（1）等质氢图：

两种金属反应产生的氢气质量相同，此图反映两种情况：

①酸不足，金属过虽，产生的氢气质量由酸的质量决定。

②酸足量，投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同，如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。

（2）等质等价金属图：

如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价，产生氢气的速率和质量不同。

此图反映出:

①金属越活泼，图示反应物的线越陡，如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡，说明活泼性Mg>Zn>Fe 

②金属的相对原子质量越小。

等质量时，与酸反应产生的氢气越多，曲线的拐点越高，因此，相对原子质量Zn>Fe>Mg。

可简单概括为:

越陡越活，越高越小。

（3）等质不等价金属图：

铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2，此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。

可用下面式子计算氢气质量：

∙利用化学方程式的简单计算：

1. 理论依据：

所有化学反应均遵循质量守恒定律，根据化学方程式计算的理论依据是质量守恒定律。

2. 基本依据

     根据化学方程式计算的基本依据是化学方程式中各反应物、生成物之间的质量比为定值。

而在化学方程式中各物质的质量比在数值上等于各物质的相对分子质量与其化学计量数的乘积之比。

例如:

镁燃烧的化学方程式为2Mg+O2

2MgO，其中各物质的质量之比为，m（Mg）:

m（O2）:

n（MgO）=48:

32:

80=3:

2:

5。

∙有关化学方程式的计算：

1. 含杂质的计算，在实际生产和实验中绝对纯净的物质是不存在的，因此解题时把不纯的反应物换算成纯净物后才能进行化学方程式的计算，而计算出的纯净物也要换算成实际生产和实验中的不纯物。

这些辅助性计算可根据有关公式进行即可。

2. 代入化学方程式中进行计算的相关量（通常指质量；必须需纯净的（不包括未参加反应的质量）。

若是气体体积需换算成质量，若为不纯物质或者溶液，应先换算成纯物质的质量或溶液中溶质的质量。

（1）气体密度（g/L）=

（2）纯度=

×100%=

×100%=1-杂质的质量分数

（3）纯净物的质量=混合物的质量×纯度

综合计算：

1. 综合计算题的常见类型

（1）将溶液的相关计算与化学方程式的相关计算结合在一起的综合计算。

（2）将图像、图表、表格、实验探究与化学方程式相结合的综合计算

2. 综合计算题的解题过程一般如下:

综合型计算题是初中化学计算题中的重点、难点。

这种题类型复杂，知识点多，阅读信息量大，思维过程复杂，要求学生有较高的分析应用能力和较强的文字表达能力。

它考查的不仅是有关化学式、化学方程式、溶解度、溶质质量分数的有关知识，也是考察基本概念、原理及元素化合物的有关知识。

综合计算相对对准度较大，但只要较好地掌握基本类型的计算，再加以认真审题，理清头绪，把握关系，步步相扣，就能将问题顺利解决。

3．溶质质量分数与化学方程式相结合的综合计算

       溶质质量分数与化学方程式相结合的综合计算题，问题情景比较复杂。

解题时，应首先明确溶液中的溶质是什么，溶质的质量可通过化学方程式计算得出，其次应明确所求溶液的质量如何计算，最后运用公式汁算出溶液的溶质质量分数。

     解题的关键是掌握生成溶液质量的计算方法：

生成溶液的质量=反应前各物质的质量总和一难溶性杂质（反应的混有的且不参加反应的）的质量一生成物中非溶液（生成的沉淀或气体）的质量。

（1）固体与液体反应后有关溶质质量分数的计算于固体与液体发生反应，求反应后溶液中溶质的质量分数，首先要明确生成溶液中的溶质是什么，其次再通过化学反应计算溶质质量是多少（有时溶质质量由几个部分组成），最后分析各量间的关系，求出溶液总质量，再运用公式计算出反应后溶液中溶质的质量分数。

对于反应所得溶液的质量有两种求法：

①溶液组成法：

溶液质节=溶质质量+溶剂质量，其中溶质一定是溶解的，溶剂水根据不同的题目通常有两种情况：

原溶液中的水；化学反应生成的水。

②质量守恒法：

溶液质量=进入液体的固体质量（包括由于反应进入和直接溶入的）+液体质量-生成不溶物的质量-生成气体的质量。

（2）对于液体与液体的反应，一般是酸碱、盐之间发生复分解反应，求反应后溶液中溶质的质量分数。

此类计算与固体和液体反应后的计算类似，自先应明确生成溶液中的溶质是什么，其次再通过化学应应计算溶质质量是多少（往往溶质质量由几个部分组成），最后分析各量间的关系、求出溶液总质量再运用公式计算出反应后溶液中溶质的质量分数此类反应发生后，溶液质量也有两种求法：

①溶液组成法（同上）。

②质量守恒法：

溶液质量=所有液体质量之和-生成沉淀的质量-生成气体的质量。

4. 图像、表格、实验探究与化学方程式相结合的综合计算

   在近几年中考题出现了以图像，表格为载体的化学计算题这类题的特点是利用数学方法将化学实验数据进行处理和表达，常常以坐标曲线、图像、表格等形式将解题信息呈现。

解答此类题目时，受求学生能够对图像，表格进行科学分析从中获取有用信息并结合化学知识将有用信息，应用到解决实际问题中 

（1）图像与化学方程式结台的综合计算

图像型计算题是常见的题型是坐标曲线题，其特点是借助数学方法中的坐标图，把多个元素对体系变化的影响用曲线图直观表示出来。

   坐标系中的曲线图不仅能表示化学反应，还能较好地反映化学变化的过程，读图时，要善于从曲线图中捕捉到“三点”，（起点，拐点，终点），并分析其含义。

特别是要重点了解拐点表示对应两种物质一定恰好完全反应，这是此类题的关键。

（2）表格与化学方程式结合的综合计算

这类题往往给出一组或多组数据或条件，通过对表格中数据或条件的分析，对比，解答有关问题或进行计算。

策略：

要通过仔细阅读，探究表格中各组数据之间内在的规律，努力从“变”中找“不变”，及时发现规律之中的矛盾点，从“不变”中找“变”，进而分析矛盾的根源，解决问题。

（3）实验探究与化学方程式相结合的综合计算

做实验探究的综合计算题时，学生应将化学计算与化学实验紧密结合，在对实验原理，实验数据进行分析理解的基础上，理出解题思路，在解题过程中要特别注意实验数据与物质（或元素）质量间的关系，解题的关键是理清思路，找出正确有用数据，认真做好每一步计算。

5. 化学方程式计算中的天平平衡问题：

    化学计算中有关天平平衡问题的计算一般指眨应前灭平已处于平衡状态，当托盘两边烧杯中加入物质后，引起烧杯内物质净增量的变化，从而确定天平能否仍处于平衡的状态。

解此类题目必须理顺以下关系：

烧杯内物质净增质量=加入物质质量一放出气体质量；当左边净增质量=右边净增质量时，天平仍处于平衡状念；当左边净增质量>右边净增质量时，天半指针向左偏转；当左边净增质量<右边净增质量时，天平指针向有偏转。

6. 化学方程式计算的技巧与方法：

（1）差量法（差值法）

   化学反应都必须遵循质量守恒定律，此定律是根据化学方程式进行计算的依据。

但有的化学反应在遵循质量守恒定律的州时，会出现固体、液体、气体质量在化学反应前后有所改变的现象，根据该变化的差值与化学方程式中反应物、生成物的质量成正比，可求出化学反应中反应物或生成物的质量，这一方法叫差量法。

此法解题的关键是分析物质变化的原因及规律，建立差量与所求量之间的对应关系。

如：

①

2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2

反应后固体质量减小，其差值为生成氧气的质量

②H2+金属氧化物

金属+水，该变化中固体质量减少量为生成水中氧元素的质量（或金属氧化物中氧元素的质量）

③CO+金属氧化物

金属+CO2，该变化中固体质量减少量为气体质量的增加量。

④C+金属氧化物

金属+CO2，反应后固体质量减小，其差值为生成的二氧化碳的质量。

⑤2H2+O2

2H2O，反应后气体质量减小，其减小值为生成水的质量。

⑥金属+酸→盐+H2，该变化中金属质量减小，溶液质量增加，其增加值等于参加反应的金属质量与生成氢气质量的差值。

⑦金属+盐→盐+金属，该变化中金属质量若增加，溶液的质量则减小，否则相反。

其差值等于参加反应的金属质量与生成的金属质量的差值。

⑧难溶性碱

金属氧化物+水，该变化中固体质量减小，其差值为生成的水的质量

例：

为了测定某些磁铁矿中四氧化三铁的质量，甲、乙两组同学根据磁铁矿与一氧化碳反应的原理，分别利用两种方法测定了磁铁矿中四氧化三铁的质量分数，已知磁铁矿与一氧化碳反应的化学方程式如下：

Fe3O4+4CO

3Fe+4CO2

（1）甲组同学取该磁铁矿10g与足量的一氧化碳充分反应，并将产生的气体通入足量的氢氧化钠溶液中，溶液的质量增加了5.5g，请你根据甲组同学的实验数据，计算出磁铁矿样品中四氧化三铁的质量分数。

（2）乙组同学取该磁铁矿样品10g与足量的一氧化碳充分反应，测得反应后固体物质的质量为8g，请你根据乙组同学的实验数据，计算出磁铁矿样品中四氧化三铁的质量分数。

解析：

（1）甲组同学的实验中被氢氧化钠溶液吸收的是CO还原Fe3O4生成的CO2，由5.5gCO2的质量作为已知条件，根据方程式可计算出Fe3O4的质量

（2）乙组同学的实验中10g样品被CO充分还原后剩余8g固体，减少的质量为Fe3O4中氧元素的质量，利用产生的差量即可求出Fe3O4的质量。

也可以根据题中杂质不参加反应来建立等量关系，求出Fe3O4的质量。

答案：

（1）Fe3O4+4CO

3Fe+4CO2

　　　　　　232　　　　　　　　176

　　　　　　x　　　　　　　　　5.5g

232/x=176/5.5g

解得x=7.25g

样品中Fe3O4的质量分数为7.25g/10g×100%=72.5%

答：

样品中Fe3O4的质量分数为72.5%

（2）设样品中Fe3O4的质量分数为x

Fe3O4+4CO

3Fe+4CO2　△m

232　　　　　168　　　232-168=64

x　　　　　　　　　　　10g-8g=2g

232:

64=x:

2g

x=7.25g

样品中Fe3O4的质量分数为7.25g/10g×100%=72.5%

答：

样品中Fe3O4的质量分数为72.5%

（2）关系式法

关系式法就是根据化学式、化学方程式和溶质质量分数等概念所包含的各种比例关系，找出已知量与未知量之间的比例关系式直接列比例式进行计算的方法。

关系式法有如下两种类型．

（1）纵向关系式

经过多步的连续反应，即后一反应的反应物为前一反应的生成物，采用“加合”，将多步运算转化为一步计算 

（2）横向关系式 

①几种不同物质中含相同的量，根据该量将几种不同物质直接联系起来进行运算 

②有多个平行的化学反应即多个反应的生成物有一种相同，根据这一相同的生成物，找出有关物质的关系式，依此关系式进行计算可建华运算过程。

关系式法抓住已知量与未知量之间的内在关系，建立关系式，化繁为简，减少计算误差，是化学计算常用方法之一。

例：

碳酸氢钠（NaHCO3）俗称小苏打，是一种白色固体，是焙制糕点的发酵粉的主要成分之一，它能与稀硫酸等酸反应生成CO2，试回答：

（1）写出NaHCO3与稀硫酸反应的化学方程式

（2）如何用98%的硫酸（密度为1.84g/mL）配制980g18.4%的硫酸溶液？

（3）现将45gNaHCO3（混有KHCO3）固体粉末加入100mL稀硫酸，恰好完全反应后是气体全部逸出，固体粉末的质量与产生CO2的体积的关系如图（该状况下，CO2的密度为2g/L）所示，计算：

①求100mL稀硫酸中硫酸的质量

②若稀硫酸为120mL时，加入固体粉末为58.5g，求产生CO2的体积。

解析：

（1）书写化学方程式时注意化学方程式的配平和“↑”的书写

（2）设配制980g18．4％的硫酸溶液需98％的硫酸（密度为t．84g／mL）的体积为x，则：

x×1.84g／ml×98%=980g×18．4％，x=100mL，需水的质量为：

980g-100ml×1．84g／mL=796g；配制过程中应注意一定要把浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌

（3）由图像可以看出，45g固体粉爪与100ml稀硫酸恰好完全反应生成CO211L，11LCO2的质量为l1L×2g／L=22g，根据CO2的质量可计算出100mL稀硫酸中硫酸的质量：

由100mL稀硫酸能与45g固体粉末完全反应，可计算出120mL稀硫酸能与54g固体粉未完全反应，而加入的固体粉末为58.5g，则固体粉末有剩余，稀硫酸完全反应生成CO2气体11L，则120mL稀硫酸与54g固体粉末完全反应生成二氧化碳的体积为：

答案：

（1）2NaHCO3+H2SO4==Na2SO4+2CO2↑+2H2O

（2）将100ml98%的H2SO4沿着烧杯内壁慢慢倒入796ml水中，同时用玻璃棒不断搅拌。

（3）解：

①45g固体完全反应时生成CO2的质量m（CO2）=11L×2g/L=22g

设硫酸溶液中H2SO4的质量为x

由

（1）得H2SO4——2CO2

　　　　　98　　　　88

　　　　　x　　　　22g

x=（98×22g）/88=24.5g

②设与120mL稀H2SO4完全反应的固体粉末的质量为y

100mL/120mL=45g/y

y=54g<58.5g

所以固体粉末过量，以硫酸的量进行计算：

V（CO2）=（11L×120mL）/100mL=13.2L

答：

100mL稀硫酸中硫酸的质量为24.5g，产生的CO2的体积为13.2L。

（3）平均值法

    混合物中确定各组分的有关计算是初中化学计算中难度较大的一种题型．如混合物中各组分均能与某一物质反应且得到的产物中有同一种物质或混合物中各组成成分均含有同一种元素，要确定其成分的有天计算可用平均值法求解。

解答此类题的关键是要先找出混合物中各成分的平均值（如平均二价相对原子质节、平均相对分子质量、平均质量、平均质量分数等），此平均值总是介于组分中对应值的最大值与最小值之间。

利用这些平均值解题的方法叫做平均值法。

下面分类进行讨论：

（1）平均二价相对原子质量法

  由金属单质组成的混合物，要判断混合物的组成或计算某一成分的质量，利用平均二价相对原子质量法计算较为快捷、准确。

解题时先设该混合物为一种纯净的二价金属，利用化学方程式或其他方法求出平均二价相对原子质量，混合物各组分中一种金属的二价相对原子质量小于半均二价相对原子质量，则另一种金属的二价相对原子质量必须大于平均二价相对原子子质量，据此求出正确答案。

二价相对原子质量=

×2

如：

Na的二价相对原子质量=

×2=46

Mg的二价相对原子质量=

×2=24

Al的二价相对原子质量=

×2=18

设一种二价金属R的质量为m，其二价相对原子质量为M，与足量稀硫酸反应产生H2的质量为x

R+H2SO4==RSO4+H2↑

M                            2

m                            x

解得：

x=m/M×2

即金属与足量稀硫酸反应，生成H2的质量与该金属质量成正比，与该金属二价相对原子质量成反比，若像Cu等金属与稀硫酸不反应，即产生的H2的质量为零。

注意：

①二价相对原子质量和相对原子质量有本质区别，前者为一假设值。

②Cu、Ag等不与稀硫酸或稀盐酸发生置换反应的金属产生H2质量为0。

⑧金属与足量稀硫酸或稀盐酸反应产生氢气的质量为：

④制取一定量的氢气需要金属的质量为：

例：

小明同学用6.5g不纯的锌与足量稀盐酸完全反应，收集到H2的质量为0.205g，已知其中含有另一种金属杂质，这种金属杂质不可能是（）

A.铁B.铝C.铜D.镁

解析：

由题意可知，两种金属混合物6.5g与足量的稀盐酸反应生成了0.205g氢气，则混合物的二价相对原子质量为（6.5/0.205）×2=63.4,。

已知Zn、Fe、Al、Cu、Mg五种金属的二价相对原子质量分别为65,56,18，∞（无穷大），24，混合物中含有Zn，则另一种金属的二价相对原子质量不能大于63.4，所以这种金属杂质不可能是Cu。

（2）相对分子质量平均值法

由化合物组成的混合物，要判断混合物中各物质是否存在或计算某成分的质量，可用相对分子质量平均值法解题。

解题时根据化学方程式和其他方法求出平均相对分子质量，混合物中一种物质的相对分子质量如果大于平均相对分子质量，则另一种物质的相对分子质量必小于平均相对分子质量，据此可求出正确答案。

（3）质量平均值法

利用混合物中平均质量解题方法。

（4）质量分数平均值法

混合物中某元素的质量分数总是介于混合物中一种成分该元素的质量分数与另一种成分中该元素的质量分数之间，据此可确定混合物的组成。

4. 守恒法

化学变化中等量关系的简历，有一条很重要的定律——质量守恒定律，即参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

在实际应用中，上述定律演绎为：

a化学反应前后，物质发生变化生成新物质，但组成物质的元素种类不变，质量不变；b化学反应前后，分子本身发生变化，而分子的数目虽然有的改变，但原子的种类，数目不变。

该定律反映出化学反应中的一些等量关系，是解化学试题的思路之一。

利用化学反应前后某些量之间的等量关系，推理得出正确答案的方法称为守恒法。

仔细挖题目中隐含的等量关系是守恒法解题的关键。

下面分类进行讨论：

（1）质量守恒法

①发宁前后反应物与生成物质量守恒

②溶液混合或稀释前后，溶质总质量守恒

③化学反应中某些元素的质量守恒

（2）电荷守恒法

溶液中阴、阳离子个数不一定相等，但正负电荷总数相等。

（3）比例守恒法

利用试题中潜在的某些量之间的比例恒定不变的原理来解题的一种方法。

例：

某二价金属M的氧化物10g与90g稀硫酸恰好完全反应后，形成无色透明溶液，测得反应后溶液中溶质的质量分数为30%，请计算（结果保留一位小数）：

（1）该金属M的相对原子质量和上述新硫酸中溶质的质量分数

（2）反应后溶液中氢元素与氧元素的质量比

解题：

（1）由质量守恒定律可知，反应后溶液中溶质质量为100g×30%=30g

设金属M的相对原子质量为M，稀硫酸中H2SO4的质量为x

MO　+　H2SO4==　MSO4　+　H2O

M+16 　　98　　　M+96

10g　　　x　　　　30g

（M+16）：

（M+96）=10g：

30g

解得M=24，可知M为镁元素

98:

40=x:

10g

x=24.5g

硫酸溶液中溶质的质量分数为：

24.5g/90g×100%=27.2%

（2）反应后溶液中MgSO4的质量为30g，则水的质量为70g，氢元素的质量即水中氢元素的质量，氧元素的质量是水与硫酸镁中氧元素的质量和

氢元素与氧元素的质量比为：

（70g×

）：

（70g×

+30g×

）=35:

352

5. 假设量法

在所给题目中缺少实例，无数据，仅有字母或仅有比值，在解答该类题设未知数之前，先假设一个题目中缺少的关键量为假设量，即一个已知量，补充解题的条件。

然后，此假设量可参与整个化学计算，使计算过程简单，清晰。

但该假设的已知量只帮助解题，不会影响最终结果，这种解题方法叫假设量法。

具体有两种类型：

假设用具体的物质代替题目中抽象或不定的物质来解题。

②假设一具体数据代替题目中未知数据来解题。

a.题目中给出化学反应前后某两种物质的等量关系（已知条件），求混合物中各组分间的质量比—找等量设为假设量。

b.题目中给出某种物质的质量分数（已知条件），求另一种物质的质量分数—找条件中给出的质量分数所对应的物质质量为假设量

例:

已知完全中和一定量的某盐酸，需100g80%的氢氧化钾溶液，若改用100g80%的氢氧化钠溶液，则反应后溶液的pH（）

A.大于7B.小于7C.等于7D.无法确定

解析：

设题目中盐酸溶液中溶质的质量为36.5g，需要NaOH、KOH的质量分别为x和y

NaOH+HCl==NaCl+H2O

40　　36.5

x　　　36.5g

40/x=36.5/36.5g

x=40g

KOH+HCl==KCl+H2O

56　36.5

y　36.5

y=56g

若用含56gNaOH的溶液与含36.5gHCl的盐酸反应，则NaOH过量，溶液pH>7，选A。

6. 比较法

解题时对题目给定的已知条件或数据，结合有关知识进行全面，仔细地分析，比较，然后确定正确答案。

此法解计算型选择题时可避免对各备选答案一一进行计算。

运用该法解题时有如下情况：

（1）分类比较：

按被选择对象的某些特点，先分类后比较选择

（2）计算比较：

解题时先做简单计算，然后比较化学式，相对分子质量或分子中某一相同原子的个数，最后选择。

（3）转化问题比较：

解题之前将所求问题转化为直观问题来比较选择答案。

（4）排列比较：

将被选择答案按某种顺序排列后，再分析比较选择答案。

例：

铅蓄电池中需要一定质量分数的硫酸溶液，现将50%的硫酸溶液（密度为d1g/ml）与10%的硫酸溶液（密度为d2g/ml）按体积比1:

1混合，已知d1>d2，所得溶液的质量分数（）

A.大于30%B.等于30%C.等于60%D.小于30%

解析：

当两种同溶质的溶液混合时，以m1ga%的溶液和m2gb%的溶液混合为例，且a>b。

当m1>m2时，混合后溶质质量分数大于（a%+b%）/2

当m1=m2时，混合后溶质质量分数=（a%+b%）/2

当m1

从题意分析知，由d1>d2，则等体积的两种溶液，50%的H2SO4溶液质量大，则混合后溶质质量分数>（50%+10%）/2=30%