初中化学中的天平平衡问题

2019-06-12 05:10:55 课程教育研究·学法教法研究 2019年11期

殷娟

【中图分类号】G634.8       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089(2019)11-0284-01

天平平衡问题是初中化学教学中常出现的问题,也是总复习中的一个难点,这类问题由于前提条件不同,最后得出的结论也不同,学生往往对这类问题的解决感到比较困难。

解这类题的关键是抓住天平平衡的条件——左盘和右盘物质的质量相等。

例1.托盘天平两盘上各放一只相同的烧杯,并各盛有等质量分数的足量稀盐酸,两边保持平衡。若向左盘烧杯中加入8g氧化镁,要使天平再次保持平衡,需向右盘烧杯中加入的物质是( )

A 8.4g碳酸镁 B .9g铝 C 8g碳酸钠 D 11g铜

提示:Cu与盐酸不反应

解析:此题旨在考查天平平衡上的计算问题,解题关键是天平两边增加或减少的质量应保持相等。氧化镁与盐酸反应没有气体生成,说明加氧化镁后左盘比右盘增重8g,若要天平平衡,右盘也必须增重8g。据题意可以看出C不正确,加入8g碳酸钠一定产生一定量的二氧化碳,所以增重要小于8g,由于铜与盐酸不反应,加入11g也不可能使天平平衡,所以D不正确。故分析可从A、B入手。

设:8.4g碳酸镁产生CO2质量为x

MgCO3+2HCI=MgCI2+H2O +CO2↑

84             44

8.4g            x

x=4.4g

8.4g-4.4g=4g≠8g   所以A不正确。

设:9g铝与盐酸反应产生氢气质量为y.

2AI+6HCI==2AICI3+3H2↑

54          6

9g          y

y==1g

9g-1g==8g

所以正確答案是:B

例2.在天平的两盘上分别放入质量相等的烧杯,杯中各盛100g98%的稀硫酸溶液,向两个烧杯中同时放入哪组金属,反应终止时天平仍然平衡( )

A 6g铁和6g锌 B.6.5g铁和6.5g锌 C 3g镁和3g铁 D 7g镁和7g铁

解析:此题旨在考查学生分析判断能力,解题关键是掌握酸、金属、氢气三种物质质量的关系。根据加入酸的质量相等,加入金属质量也相等,那么影响天平平衡的惟一因素就是放出氢气的质量。若两边生成氢气质量也相等,天平一定保持平衡。要使生成氢气质量相等的条件是等量的金属加入酸中,金属都过量,使酸中氢完全被置换,那么等量的酸生成氢气的质量必然相等。

解:设100g9.8%的稀硫酸完全反应,需要Fe、Zn、Mg的质量分别为X、Y、Z.

Fe +H2SO4==FeSO4 + H2↑

56  98

x  100g×9.8%

x==5.6g

Zn + H2SO4==ZnSO4 + H2↑

65   98

y   100g×9.8%

y==6.5g

Mg + H2SO4== MgSO4 + H2↑

24  98

z  100g×9.8%

z==2.4g

通过计算分析,要使100g9.8%的稀硫酸完全反应,至少需要Fe5.6g、Zn6.5g、Mg2.4g,故A中6g锌不足,与6g铁生成的H2不等, B中6.5g铁和锌都能使硫酸完全反应,生成H2相等,C中3g铁不足,与3g镁生成H2不等,D中7g镁和铁也都能使硫酸完全反应,生成H2相等,故本题选B、D正确。

操练场:

1.(江苏省南京市中考题)在托盘天平两边各放一只烧杯,调节至平衡,在烧杯里分别注入质量相等、质量分数相同的稀硫酸,若在右盘投入一定质量的铁,恰好完全反应,为使天平仍保持平衡,应向左盘投入与铁质量相同的纯净金属是(  )

A .Mg B.AI C.Zn D.Ag

2.(哈尔滨市中考题).在托盘天平的两个托盘上各放一个盛有足量的等质量的稀盐酸的烧杯,调节天平平衡,向左边烧杯中加入28g铁粉,再向右边烧杯中加入与其质量相等的下列混合物粉末,充分反应后,天平可能仍然平衡的是 ( )

A Mg和AI B CaCO3和 AI C Ba CO3 和Zn D Mg CO3 和K2CO3

答案:1. A  B  2.C.

问:化学天平类问题有何解题技巧?

答:影响天平两端质量变化的主要是反应时生成气体的质量,重点是分析发生了哪些反应。

如:天平两端(已调平衡)各放质量相等的两杯稀硫酸(且溶质质量分数相同),分别投入等质量的锌和铁,问天平指针如何变化?

解决该题时,应考虑以下情况:

(1)当锌和铁都完全反应时,铁生成H2的质量大于锌,所以指针偏向加锌的一边。

(2)当锌和铁都有剩余(或铁有剩余而锌恰好完全反应时),此时生成H2的质量是相同的,而两边所加锌和铁的质量又相等,所以天平能保持平衡,指针不发生偏转。

分析天平平衡问题时,还经常使用差量法,即,所加物质与生成气体的质量差。

生成气体的反应,在初中阶段大概有以下几种情况:(1)活泼金属与酸;(2)碳酸盐与酸;(3)铵盐与碱。

计算金属与酸反应生成氢气的题目,一般可以利用方程式进行计算,但需要写出方程式后带入数值,较复杂。实际在题目中又往往不会单独出现这样的问题,而常常作为中间计算。这时占用过多时间就不值得了。因此需要一种快速计算的方法。如果是金属过量或足量时,可利用酸内氢元素守恒计算;若酸足量或过量时,可利用“量价比”进行计算。

所谓“量价比”,指的是金属元素的相对原子质量与该金属元素在酸中的化合价的绝对值之间的比值(用M表示),如:Mg相对原子质量为24,在与酸反应后盐中化合价为+2,则其量价比为24/2=12。然后带入公式:m金属=M×m氢气进行计算就可以了。例如:要求36g金属镁与足量稀盐酸可产生多少克氢气时,就可以把36g金属质量带入公式计算得到氢气质量3g,这样计算方便、准确。而且在比较不同金属产生氢气质量时更为方便,量价比越大,消耗金属越多、产生氢气越少。这都可以从前面公式中推导得到。

从实际意义看,量价比是产生1g氢气时所需要的金属质量,同学可自行计算验证。

天平问题一般是讨论天平是否平衡,或者向哪个方向偏转,这样可分成三种情况讨论:

(1)金属都有剩余,则说明两烧杯内酸都消耗掉,因而天平平衡。

(2)金属都不剩余,等质量不同金属产生H2的质量不同,量价比小的金属产生氢气多,因此天平向另一方偏转。

(3)当有一种金属剩余,说明此烧杯内酸完全反应,而另一无金属剩余的烧杯内,酸若也恰好完全反应,则天平平衡,但若酸有剩余,则天平向无金属剩余的烧杯一方偏转。

所以综上所述,天平最后是否平衡只有两种可能,一是平衡,二是向量价比大的一方偏转。