十字交叉法在化学中的应用.

十字交叉法的原理及其在化学计算中的应用

十字交叉法又称对角线法,也叫混合规则.作为一种简化的解题方法,是实际计算方程式图解形式，应用于二元混合体系具有平均值的计算问题,它具有简化思路、简便运算、计算速度快等显著优点.近年来,十字交叉法在中学化学计算中广泛使用,通过十字交叉得到差值的比值的含义如何确定,如果没有真正理解十字交叉法含义,在使用该方法时将没有真正达到简化思路、快速准确求解的目的,从而限制了该方法的推广和应用.“十字交叉法”是通常中学化学计算必需掌握的一种计算方法,因为用此法解题实用性强、速度快.学生若能掌握此方法解题,将会起到事半功倍的效果.以下是笔者几年来对“十字交叉法”理解及体会.

1 十字交叉法的原理:A×a%+B×b%=(A+B×c% 整理变形得:

A/B=(c-b/(a-c ①

如果我们以100 g溶液所含的溶质为基准

上式表示溶液混合时它们的质量比与有关质量分数比的关系.

可得如下十字交叉形式

a c-b

c ②

b a-c

对比①,②两式不难看出:十字交叉关系中(c-b/(a-c为组分A和组分B混合时的质量比.推广到二组分混合体系中,当以一定质量的混合体系为基准所得十字交叉关系,其比值为质量比(例如,质量分数是以质量为基准;若有c-b比a-c的化学意义由平均值c

决定,则比值就表示组分A中c-b和组分B中a-c所表示的量的比值.如c为质量或质量分数,则(c-b/(a-c表示组分A和组分B溶液的质量之比.若c为密度,则(c-b/(a-c 就表示组分A和组分B的溶液体积之比.若c为摩尔质量,则(c-b/(a-c 就表示组分A 和组分B的物质的量比;此时可用十字交叉法求混合物中各组分的含量.

2 十字交叉法的应用例析：

2.1 用于混合物中质量比的计算

例1 将铝铁合金18.5克溶于足量的盐酸中产生标准状况下的氢气11.2升,求合金中铝铁的质量之比是多少？

解：在标准状况下，求出氢气的质量M=1g,以混合物总质量18.5g作为基准物再根据镁铝与盐酸的关系列出十字交叉式如下：

Al 37 / 18 19/56

1

Fe 37/56 19/18

求得铝与铁质量的比是9/28

例2 镁和铝的混合物10g,与足量的稀硫酸充分反应,生成1.0g氢气,混合物中镁和铝的质量比为多少?

解：在标准状况下，以混合物总质量10g作为基准物再根据镁铝与盐酸的关交叉式如下：

Mg 5/6 1/9

1

Al 10/9 1/6

求得镁与铝的质量比是2/3

例3 KHCO3和CaCO3的混合物和等质量的NaHCO3分别与盐酸完全反应时,所消耗的酸的量相等,则混合物中KHCO3与CaCO3的质量比是多少?

解析:由化学反应方程式:KHCO3+HCl=KCl+H2O+CO2↑

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

以消耗HCl物质的量1mol作为基准物, 求出反应掉KHCO3、CaCO3 、NaHCO3的质量的数值分别为100g、50g、84g，依题意KHCO3和CaCO3的混合物84g与NaHCO384g均消耗1molHCl，即两个分量值分别为100和50,平均值为84, 用十字交叉法图解如下:

KHCO3 100 34

84

CaCO3 50 16

因为是以物质消耗HCl的物质的量1mol为基准物,所以比值34/16=17/8 为碳酸氢钾与碳酸钙消耗HCl的物质的量之比,故原混合物中碳酸氢钾与碳酸钙的物质的量之比为17/4,即质量比也为17/4（因它们的相对分子质量相等）.

2.2 用于混合物中物质的量比的计算

例4 在标准状况下，测得空气和HCl混合气体对氢气的相对密度为17，求空气和HCl气体的物质的量之比

解:混合气体的平均式量为17×2=34 ,以1 mol混合物为基准物则十字交叉法如下:空气 29 2.5

34

HCl 36.5 5

求出空气与HCl气体的物质的量比是1/2

例5某Na2SO3已部分氧化成Na2SO4,经测定该混合物中硫的质量分数为25%,求混合物中Na2SO3和Na2SO4的物质的量之比 (整数比？

解：由平均质量分数25%，列出十字交叉法如下：

Na2SO3 中 S % 25.397 % 2.465 %

25%

Na2SO4 中 S % 22.535 % 0.397 %

求得Na2SO3与Na2SO4 的物质的量比是6/1

2.3 用于混合物中体积比的计算

例6已知CH4, C2H4及其混合气体在同温同压下分别为0.71 g / L 、1.25 g / L 、1.16 g / L.求混合气体CH4和C2H4的体积比是多少？

解：以1mol 混合气体密度1.16 g / L作为基准物则十字交叉法如下：

CH4 0.71 0.09

1.16

C2H4 1.25 0.45

求得CH4与C2H4 的体积比是1/3

例7 已经 2H2(g+O2(g=2H2O(g;△H=-571.6千焦

C3H8 (g+5 O2(g=3CO2(g+4H2O(1; △H=-2220千焦

求H2和C3H8的体积比.

解析:lmol C3H8完全燃烧放热为:571.6/2=285.8千焦

lmol C3H8完全燃烧放热为:2220千焦

lmol混合气体完全燃烧放热为:3847/5=769.4千焦

列出十字交叉法如下：

H2 285.5 1460.6

769.4

C3H8 2220 483.6

求得H2和C3H8 的体积比为3/1

例8一种气态烷烃和一种气态烯烃，它们的分子式中所含碳原子数相同，若l体积这种混合烃在O2中充分燃烧，能生成2体积的和2.4体积的水蒸气，则混合中烷烃和烯烃的体积比是多少？