物料守恒——化学计算三大法宝之二

物料守恒——化学计算三大法宝之二

[例1]将0.51g镁铝混合粉末溶于4mol/L盐酸溶液50mL中。现加入2mol/L氢氧化钠溶液，要使沉淀达到最大量，需要这种氢氧化钠溶液____mL。

解：答案其实与“0.51g”无关。溶液中最后的溶质是NaCl，即NaOH与HCl应等物质的量，各为0.2mol。

答：100

[例2]常温下往100mLFeCl3溶液中通入0.224LH2S，结果生成单质硫。再加入过量铁粉，反应停止后溶液中含有0.06mol阳离子。原FeCl3溶液的浓度是____mol/L。

解：求解与“0.224L”无关。最后溶液的溶质仅为FeCl2，即有0.12molCl-，即可知原有的FeCl3应为0.04mol。

答：0.4

[例3]沥青铀矿主要成分的分子式为U3O8。历史上，柏齐里乌斯把U的相对原子质量定为120，门捷列夫建议改为240，阿姆斯特朗又认为是180。现已证明门氏正确，请推测柏氏与阿氏给沥青铀矿写的分子式。

解：既然门捷列夫正确，则该物质中U与O的质量之比就是240×3:16×8，该比值应该是大家承认的一个客观事实，是各人考虑问题的基点。柏齐里乌斯的结论是(720/120):8，阿姆斯特朗的结论是(720/180):8。

答：U3O4 UO2

[例4]在足量水中加入一定量的Na2O2后再加入一定量的铝粉，反应完毕后无固体剩余，得澄清溶液，整个过程共生成气体3.5g。再向溶液中加入3.5mol/LHCl 200mL，先产生沉淀，后沉淀恰好全部溶解。原Na2O2的质量为____g，铝粉的质量为____g。

解：设Na2O2、Al的物质的量分别是a、bmol。

气体是O2与H2的混合物。每摩尔Na2O2释放O20.5mol，每摩尔Al释放H21.5mol。

最后溶液为NaCl和AlCl3的混合液，Cl-全部来自HCl。

16a+3b=3.5

2a+3b=3.5×0.2

a=0.2 b=0.1

答：15.6 2.7

[例5]某硫酸溶液100mL里加入1.60g Fe2O3，全部溶解，再向其中加入5.00g铁粉，溶液变浅绿色。反应停止后还剩余3.32g铁粉。求硫酸的物质的量浓度。

解：涉及的反应是Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2O

Fe2(SO4)3+Fe→3FeSO4

H2SO4+Fe→FeSO4+H2↑

最终的溶质仅是FeSO4。SO42-源自H2SO4，Fe2+源自Fe2O3和Fe。

n(SO42-)=n(Fe2+)= (1.6/160)×2+(5.00-3.32)/56 =0.05mol

答：0.5mol/L

[例6]高炉煤气的平均组成(体积分数)为：CO-0.28，CO2-0.10、N2-0.58、其它-0.04。生

产1000kg生铁耗用石灰石250kg，排放煤气2400m3(标准状况)。计算：

(1)生产1000kg生铁至少需要多少千克焦炭？

(2)高炉煤气所需O2来源于空气。生产1000kg生铁需要提供多少立方米(标准状况)空气？(设空气中O2和N2的体积分数分别为0.20和0.80。)

解：本题不能按O的物料守恒求解，因为O的来源除空气、石灰石外还有矿物。我们不知道矿物的成分，铁的氧化物尚不确定，如Fe2O3、Fe3O4等。

(1)考虑利用C的物质的量，因为C来自石灰石和焦炭，结果主要就是CO和CO2，来龙去脉都清楚。

2400×0.38/22.4 – 2.5 = 38.21kmol

(2)考虑利用来自空气的N2量不变。

2400×0.58×5/4 =1740

答：(1)458.6kg (2)1740m3

[例7]有镁和铝两种金属的混合粉末1.44g，在50mL3.4mol/LHCl中全部溶解。再加50mL 4.0mol/LNaOH溶液，得白色沉淀物。滤出沉淀物灼烧至质量不再减小，得固体1.11g。在滤液中滴加少量稀盐酸即有沉淀产生。原混合物中镁的质量为____g。

解：涉及的反应可能包括：Mg+HCl、Al+HCl、HCl+NaOH、MgCl2+NaOH、AlCl3+NaOH、Al(OH)3+NaOH、Mg(OH)2分解、Al(OH)3分解。

沉淀物估计为Mg(OH)2和Al(OH)3，1.11g固体为MgO和Al2O3。

滤液成分为NaAlO2和NaCl。

由于碱性，溶液中不可能再有Mg2+、Al3+；沉淀中有Al(OH)3，溶液中也不可能有值得计量的OH-。

物料守恒，Cl-为0.17mol，Na+为0.20mol，故NaAlO2为0.03mol。

设镁粉xmol，铝粉ymol，

40x+(y-0.03)×102/2=1.11

24x+27y=1.44

40、102分别是MgO和Al2O3的摩尔质量

x=0.015mol

答：0.36g

[例8]在三个密闭容器内分别装有：(1)Na2O2和NaHCO3 (2)Na2O2和NH4HCO3 (3)Na2O2和Ca(HCO3)2，其中每种物质均为1mol。将它们加热至300℃，充分反应后排出气体。求各容器内残留的固体物质名称及其物质的量。

解：三个容器内首先发生的都是酸式盐的分解。

NaHCO3→(1/2)Na2CO3+(1/2)CO2+(1/2)H2O

NH4HCO3 →NH3+H2O+CO2

Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+H2O

然后是H2O、CO2与Na2O2的反应，生成NaOH、Na2CO3。

容器掀开后，肯定不会被排出的是金属离子Na+和Ca2+。三个容器中分别有(1)3molNa+、(2)2molNa+、(3)2molNa+和1molCa2+。

还有一个必须考虑的问题是，容器内先有NaOH还是先有Na2CO3。应该是先有Na2CO3，按理想状况下的结果来考虑，CO2反应完后才有NaOH留存，因为CO2与NaOH 不能共存。

这就使本题的计算变成了金属离子与C、H的组合问题。