差量法是根据在化学反应中反应物与生成物的差量和造成这种差量的实质及其关系,列出比例式求解的解题方法。我们甚至把“差量”看成是化学方程式中的一种特殊产物。该差量的大小与参与反应的物质的有关量成正比。一般说来,化学反应前后凡有质量差、气体体积差、密度差、压强差等差量都可用差量法求解。解题的关键是做到明察秋毫,抓住造成差量的实质,即根据题意确定“理论差值”,再根据题目提供的“实际差量”,列出正确的比例式,求出答案。
解题步骤①根据化学方程式分析反应前后形成差量的原因(即影响质量变化的因素),②找出差量与已知量、未知量间的关系,然后再列比例式(对应成比例,注意:单位要一致),③求解。
差量法在初中、高中都要求熟练应用:
一、固体差量
[例1]在某些硫酸铜溶液中,加入一个质量为112g的铁片,经过一段时间,铁片表面覆盖了一层红色的铜,取出洗净、烘干,称重,质量变为116g计算在这个化学反应中溶解了铁多少克析出了铜多少克
[分析]Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
从化学方程可以看出,铁片质量的增加,与铁的溶解和铜的析出直接联系,每溶解56g铁,将析出64g铜,会使铁片,质量增加: 64g-56g=8g
根据铁片增加的质量(116g-112g),可计算出溶解的Fe的质量和析出的Cu的质量
[解]设溶解的Fe为xg,析出的Cu为yg
Fe=CuSO4=Cu+FeSO4 质量差
56 64 64-56
x y 116-112
则: ,解得:x=028(g) y=032(g)
答:在这个化学反应中溶解了铁028g析出了铜032g
例2.将质量为100克的铁棒插入硫酸铜溶液中,过一会儿取出,烘干,称量,棒的质量变为1008克。求有多少克铁参加了反应。
解:设参加反应的铁的质量为x。
棒的质量增加(差量)
56 64 64-56=8
x 1008克-100克=08克
答:有56克铁参加了反应。
例3.agNa2CO3和NaHCO3混合物加热至质量减少到bg,则混合物中NaHCO3的质量分数为: 。
解:设NaHCO3的质量为x
2NaHCO3====Na2CO3+H2+CO2↑ △m
168g 106g 168g-106g=62g
x (a-b)g
解得x=
得NaHCO3的质量分数为
例4.有NaCl和NaBr的混合物1614g,溶解于水中配成溶液向溶液中加入足量的AgNO3溶液,得到3314g沉淀则原混合物中钠元素的质量分数为( )
A285% B50% C528% D825%
解: NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3; NaBr+AgNO3=AgBr↓+NaNO3
即:NaCl→AgCl, NaBr→AgCl银元素替换了钠元素因此沉淀比混合物增重部分就是银元素比钠元素增重的部分。设Na元素的质量为x
Na → Ag △m
23g 108g 08g-23g=85g
x 3314g-1614g=17g
解得:x=46g 所以Na%=46g/1614g=285%
例5.在密闭容器中,放入(NH4)2CO3和NaOH的混合物共ag,将容器加热至200℃,经充分反应后,排除其中的气体,冷却,称得剩余固体质量为bg,求容器中(NH4)2CO3和NaOH各多少克?
解:(本题中ag(NH4)2CO3和NaOH的混合物,在加热时(NH4)2CO3与NaOH要发生反应,因而存在反应物过量问题,但不知哪种反应物过量,故需讨论。
设混合物中含(NH4)2CO3的质量为xg,则NaOH的质量为(a-x)g
① 若NaOH过量,根据反应式则有:
(NH4)2CO3+2NaOH=Na2CO3+2NH3↑+2H2O↑ △m
96 80 106 (96+80)-106=70
(a-b)
= 所以NaOH的质量为a- = a-
② 若(NH4)2CO3过量,剩余的(NH4)2CO3在加热时还要分解生成NH3、H2O和CO2气体,则此时bg固体全部是Na2CO3。根据钠元素质量守恒有
n(NaOH)= , 则m(NaOH)=40×
m((NH4)2CO3)=a-40×
例6.将466g卤素互化物BrClx溶于水后,通入足量SO2气体与其反应生成氢溴酸、盐酸和硫酸,再用碱将溶液调至中性后,加入过量Ba(NO3)2溶液,充分反应后滤去沉淀物,再向滤液中加入过量AgNO3溶液,最后得卤化银沉淀1546g。试计算:
(1) 参加反应的AgNO3的物质的量。
(2) BrClx中的x值。
解:质量增加的是Ag的质量
所以n(AgNO3)= =01 (mol)
设466g卤素互化物BrClx为a mol
BrClx → AgBr + xAgCl 质量增加
1mol 108(1+ )
a mol 1546g-466g
则: a=
所以: = =3
例7.把61g干燥纯净的氯酸钾和二氧化锰的混合物放在试管里加热,当完全分解、冷却后称得剩余固体质量为42g,求原混合物里氯酸钾有多少克?
〔分析〕根据质量守恒定律,混合物加热后减轻的质量即为生成的氧气质量(W混-W剩=WO2),由生成的O2即可求出KClO3。
〔解答〕设混合物中有质量为xKClO3
答:略。
例8. 将盛有12gCuO的试管通入氢气后加热,当冷却后试管内的固体残渣为10g时,求氧化铜被还原的质量分数?
分析:此题经分析,12gCuO没有完全反应,生成物的残渣10g中也有没有反应的CuO。用常规解法较烦琐,如果用差量法则较为简便。但一定要分析清楚,减重的质量是哪种元素,在这题里减重的是CuO中的氧元素,它与H2结合成为H2O。根据方程式分析:设参加反应的CuO质量为y。
练习:
1、将一定量NaHCO3和Cu的混合物在空气中加热到质量不再变化时,发现加热前后固体质量不变。则原混合物中Cu的质量分数为 。
2、21g平均相对原子质量为72的CO和H2混合气体与足量的O2充分燃烧后,立即通入足量的Na2O2固体,则固体质量增加( A)
A 21g B 26g C 72g D 无法求解
二、液体差量
例9.用含杂质(杂质不与酸作用,也不溶于水)的铁10克与50克稀硫酸完全反应后,滤去杂质,所得液体质量为554克,求此铁的纯度。
分析:
56g 2g
由化学方程式可知,影响溶液质量变化的因素是参加反应的铁和生成的氢气。每有56份质量的铁参加反应“进入”溶液中的同时,则可生成2份质量的氢气从溶液中逸出,故溶液质量增加56-2=54(份)。由题目给的差量554克-50克=54克,据此便可列比例求解。
解:设此铁的纯度为x。
溶液质量增加(差量)
56 2 56-2=54
10x克 554克-50克=54克
56∶54=10x克∶54克
答:此铁的纯度为56%。
三、气体差量
例10.将12克CO和CO2 的混合气体通过足量灼热的氧化铜后,得到气体的总质量为18克,求原混合气体中CO的质量分数。
分析:CuO+CO Cu+CO2
28 44
由化学方程式可知,气体质量增加的原因是CO夺取了氧化铜中的氧元素。每28份质量的CO参加反应,可生成44份质量的 ,使气体质量增加44=28=16(份)。现已知气体质量增加18克-12克=6克,据此便可列比例求解。
解:设原混合气体中CO的质量分数为x。
CuO+CO Cu+ 气体质量增加(差量)
28 44 44-28=26
12x克 18克-12克=6克
答:原混合气体中CO的质量分数为875%。
例11.将44g二氧化碳气体通入装有过氧化钠得硬质玻管,发现导出得气体变为384g,问此过程中发生了什么反应有多少过氧化钠参加了反应
解:过氧化钠与二氧化碳的反应为:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
设有x g过氧化钠参加反应, 则有
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 △m
156g 88g 32g 88g-32g=56g
xg 44-384=56g
解得x=156
答:此过程中发生了过氧化钠与二氧化碳的反应;有156g过氧化钠参加了反应。
例12.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是 ( )
A、 1/5 B 、 1/4 C、 1/3 D 、 1/2
解:设平衡后,混合气体的体积为1L,则NH3为025L。
由 N2+3H2=2 NH3 △V(减)
2L 2L
可以知道;生成025L NH3 ,总体积减少025L,则原来有125L 。答案是A
气体压强差(即物质的量差)
例13.例3反应2A(气) x B(气)+2C(气),在恒温下达平衡时,容器内压强增加了30%,A转化了20%,则x值为( )。
A,1 B2 C3 D4
解:容器内压强增加了30%,即物质的量增加了30% 设原来有2molA
2A(气) x B(气)+2C(气) 物质的量增加
2 (x +2)-2=
2×20% 2×30%
则: =3
练习:1、 在标准状况下,将448LN2、H2、和CO2混合气体气体先通入灼热氧化铜,体积减少224L,再通入装有过量过氧化钠的硬质玻璃管中,体积减少112L。问反应完全后:混合气体由哪些气体组成且各组分的体积分别为多少?
2、在标准状况下,将8LH2和CO2混合气体气体通入装有过量过氧化钠的硬质玻璃管中。反应完全后点燃该混合气体,体积变为2L。问最后剩下什么气体?原混合气体中各组分的体积分别为多少?
3、 CO、O2、CO2混合气体9mL点火花引爆后,恢复到原来状态时,气体体积减少1mL,通过NaOH溶液后,体积又减少5mL,则混合气体中CO、O2、CO2体积比可能为。
4、 加热分解79g某固体,产生560mL(标准状况)气体A,剩余71g固体B。则A的相对分子质量为多少?
四、其他
例14.在天平左右两边的托盘上,各放一个盛有等质量、等溶质质量分数的足量稀硫酸的烧杯,待天平平衡后,向两烧中分别加入铁和镁,若要使天平仍保持平衡,求所加铁和镁的质量比。
分析:①因硫酸足量,故铁和镁全参加反应。
②由化学方程式可知,影响天平两端质量变化的因素是加入的金属和生成的氢气。
③分别加入铁和镁后,只有当天平两端增加的质量相同时,天平才可仍保持平衡。
解:设所加铁与镁的质量分别为x、y(设此时天平两端增加的质量均为a)。
增加的质量(差量)
56 2 56-2=54
x a
增加的质量(差量)
24 2 24-2=22
y a
56:54=x:a
24:22=y:a
x::y =
答:当酸足量时,所加的铁与镁的质量比为77:81时天平仍保持平衡。
练习:1、 用氢气还原10克CuO,加热片刻后,冷却称得剩余固体物质量为84克,则参加反应CuO的质量是多少克?
2、 将CO和CO2 的混合气体24克,通过足量的灼热的CuO后,得到CO2设的质量为32克,求原混合气体中CO和CO2 的质量比?
3、 将30克铁片放入CuSO4溶液中片刻后,取出称量铁片质量为316克,求参加反应的铁的质量?
4、 已知同一状态下,气体分子间的分子个数比等于气体间的体积比。把30mL甲烷和氧气的混合气体点燃,冷却致常温,测得气体的体积为16mL,则原30mL中甲烷和氧气的体积比?
5、 给45克铜和氧化铜的混合物通入一会氢气后,加热至完全反应,冷却称量固体质量为37克,求原混合物中铜元素的质量分数?
答案:1、 8克 2、 7∶ 5 3 、 112克 4 、8∶7 7∶23 5 、2889%
练习
1、将盛有12克氧化铜的试管,通一会氢气后加热,当试管内残渣为10克时,这10克残渣中铜元素的质量分数?
2、已知同一状态下,气体分子间的分子个数比等于气体间的体积比。现有CO、O2、CO2混合气体9ml,点火爆炸后恢复到原来状态时,体积减少1ml,通过氢氧化钠溶液后,体积又减少35ml,则原混和气体中CO、O2、CO2的体积比?
3、把CO、CO2的混合气体34克,通过含有足量氧化铜的试管,反应完全后,将导出的气体全部通入盛有足量石灰水的容器,溶液质量增加了44克。
求⑴原混合气体中CO的质量?
⑵反应后生成的CO2与原混合气体中CO2的质量比?
4、CO和CO2混合气体18克,通过足量灼热的氧化铜,充分反应后,得到CO2的总质量为22克,求原混合气体中碳元素的质量分数?
5、在等质量的下列固体中,分别加入等质量的稀硫酸(足量)至反应完毕时,溶液质量最大的是( )
A Fe B Al C Ba(OH)2 D Na2CO3
6、在CuCl2和FeCl3溶液中加入足量的铁屑m克,反应完全后,过滤称量剩余固体仍然为m克,则原混合溶液中CuCl2与FeCl3物质的量之比为( )(高一试题)
A 1∶1 B 3∶2 C 7∶ D 2∶7
答案 :1、 96% 5、 A 6、 C
练习
用差量法计算下列各题
1、将55克铁片放入硫酸铜溶液片刻,取处洗涤干燥后,称重为566克,求参加反应的铁和生成铜的质量各是多少?(112克,128克)
2、将122克铁粉和铜粉的混合物放入阻量的硫酸铜溶液中完全反应后,过滤,洗涤干燥后称量,红色物质的质量为127克,求原来混合物中铜和铁各是多少?铜在混合物中的质量分数是多少?(35克,87克,672%)
3、把10克铁钉放入硫酸铜溶液中,过一会取处,洗涤干燥称量,铁钉的质量为104克,问有多少克铜析出?(32克)
4、把一根重50克的铁棒(过量)放入硫酸铜溶液中,充分反应后,铁棒的质量为5024克,求参加反应铁的质量和生成铜的质量?(168克,192克)
5、将铁片放入硫酸铜溶液中,充分反应后称重,铁片质量增加了16克,求参加反应的铁的质量和生成铜的质量。(112克,128克)
6、将铁片放入Hg(NO3)2溶液中,充分反应后滤液的质量比反应前溶液的质量减少24克,求参加反应和铁的质量和生成Fe(NO3)2的质量。提示:Fe+ Hg(NO3)2=Hg+ Fe(NO3)2
(93克,298克)
7、一氧化碳和二氧化碳的混合气体18克,通入足量的灼热的氧化铜,充分反应后得到气体的质量为22克,求原混合物中一氧化碳和二氧化碳的质量各是多少?(7克,11克)
8、将足量的一氧化碳在高温下通过100克铁和氧化铁的混合物,完全反应后,共得到76克铁,求原混合物中氧化铁的质量分数?(80%)
铁钉放入硫酸铜溶液中的现象,详细介绍如下:
一、现象:
1、铁钉放入硫酸铜溶液中的现象是铁钉表面附着一层红色的物质,溶液逐渐由蓝色变为浅绿色。会生成铜和硫酸亚铁,反应的化学方程式为“Fe+CuSO4—Cu+FeSO4”,此法我国最早用于湿法炼铜。
2、在金属活动性顺序中,铁在铜的前面,能将硫酸铜中的铜置换为单质铜。同时生成硫酸亚铁,生成的铜为红色金属,覆盖在铁的表面,故铁钉表面覆盖一层红色物质,生成硫酸亚铁和铜,铁的还原性强于铜,所以铁表面有一层铜覆盖着,溶液由蓝色变成浅绿色。
二、硫酸铜介绍:
1、硫酸铜是一种无机化合物,化学式为CuSO₄,无水硫酸铜为为白色或灰白色粉末。硫酸铜既是一种肥料,又是一种普遍应用的杀菌剂,波尔多液,铜皂液,铜铵制剂,就是用硫酸铜与石灰乳,肥皂,碳酸氢铵配制而成的。
2、主要用作纺织品媒染剂,农业杀虫剂,水的杀菌剂,防腐剂,也用于鞣革,铜电镀,选矿等,用作收敛药和防病药,也是农业杀菌剂,用作分析试剂媒染剂和防腐剂。
3、本品为焦磷酸盐镀铜的主盐,成分简单,稳定性好,电流效率高,沉积速度快,但其极化力较小,分散能力差,镀层结晶粗且不光亮。
4、化学工业中用于制造其他铜盐如氰化亚铜,氯化亚铜,氧化亚铜等产品,染料工业用作生产含铜单偶氮染料如活性艳蓝,活性紫,酞菁蓝等铜络合剂。
5、涂料工业用于油酸铜作为船底防污漆的毒剂,电镀工业用于硫酸盐镀铜和宽温度全光亮酸性镀铜离子添加剂,食品级用作抗微生物剂,营养增补剂,农业上用作杀虫剂及含铜农药。
A、把铁片放入CuSO4溶液中,铁能把铜置换出来,由反应时的质量比可知,每56份质量的铁可置换出65份质量的铜,因此溶液的质量会减轻.不符合题意,故A错误;
B、铁片和硫酸亚铁不会反应,溶液的质量不变,不符合题意,故B错误;
C、把铁片放入盐酸中,铁片能和盐酸反应生成可溶于水的氯化亚铁和氢气,进入溶液中的发生反应的铁的质量要比逸出的氢气的质量要大得多,因此溶液的质量会增加.符合题意,故C正确;
D、把铁片放入硫酸溶液中,铁片能和硫酸反应生成可溶于水的硫酸亚铁和氢气,进入溶液中的发生反应的铁的质量要比逸出的氢气的质量要大得多,因此溶液的质量会增加.符合题意.
故选:C.
补充:D、H2SO4.
2.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下。对流程中的判断正确的是( )
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ中的反应为CO2+AlO+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
3.下列关于铁的叙述正确的是( )。
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易被腐蚀 ②在人体内的血红蛋白中含有铁元素
③铁位于元素周期表中第四周期第ⅧB族 ④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧
⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3 ⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3
A.①③ B.②④ C.②⑤ D.④⑥
4.向某晶体的溶液中加入Fe2+的溶液无明显变化,当滴加几滴溴水后,混合液出现红色,由此得出下列的结论错误的是( )
A.Fe3+的氧化性比溴的氧化性强 B.该晶体中一定含有SCN-
C.Fe2+与SCN-不能形成红色化合物 D.Fe2+被溴氧化成Fe3+
5.已知下述三个实验均能发生化学反应。下列判断正确的是( )
①
②
③
将铁钉放入硫酸铜溶液中
向硫酸亚铁溶液中滴入几滴浓硝酸
将铁钉放入氯化铁溶液中
A.实验①和③中的铁钉只作还原剂 B.上述实验证明氧化性:Fe3+>Fe2+>Cu2+
C.实验②中Fe2+既显氧化性又显还原性 D.实验③中反应的离子方程式为Fe+Fe3+→2Fe2+
6.下列中学常见实验的现象或表述正确的是( )
A.过量的铁投入到一定量的稀硝酸中,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液显血红色
B.制备氢氧化亚铁时,向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液,边加边搅拌,即可制得白色的氢氧化亚铁
C.检验红砖中的氧化铁成分,向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴即可
D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后,将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会,然后冷却、过滤,滤纸上的物体为“蓝色固体”
正因为考虑了铁元素的流失,才用质量差来计算,否则就直接用铜的相对原子质量了。
这样来看,在这个反应的方程式中。Cu和Fe是一比一的比例。所以,掉一个Fe下来,就上去一个Cu,意思就是这里铁钉的质量变化就在与这“一上一下”当中。
设想,如果只掉一个Fe下来,那么就只上去一个Cu,这时候的质量变化用相对原子质量来衡量就是64-56。当然,反应肯定不会只掉一个Fe上去一个Cu,反应中的“一上一下”是大量存在的。
这样,我们可以假想有这样一种“粒子”(不妨称之为“质量差粒子”,因为我们用它来表征质量差),这种“质量差粒子”的相对原子质量是Fe和Cu的相对原子质量的差值,也就是64-56。那么,每发生一次“一上一下”,铁钉上就增加了一个这种“质量差粒子”。而这种“质量差粒子”增加的数量,跟反应生成Cu原子的数量是一样的。
那么,这个时候,这种“质量差粒子”和Cu原子的相对原子质量之比,就等于质量差和生成Cu的质量之比,利用这个相等关系,就可以算出生成铜的质量了。你问题中提到的比例只不过是我说的这个比例的一个变形而已,两者本质上是一样的。但是你说的那个比例不太好解释。
等你上高中学到“物质的量”,这个问题就非常容易理解了。现在只需要知道利用差值这样一个技巧来计算就好了。
至于你说的问题,为什么不用减去铁的质量。这里显然是已经减掉了,不然,“差值”是谁差谁?
首先,b是对的,但不选a原因是,浓硫酸在使铁钝化时,也会腐蚀一部分,并不是完全不腐蚀的。另外,钝化只在表面形成一层很薄,致密的氧化物膜,对于增重来说,很不明显,且有一部分会腐蚀。
从另一个角度去想,C本身也有对的可能,当放入NaCl中后,铁会锈蚀,生成氢氧化铁,附着在铁的表面,从而达到增重的效果。
所以,从出题人的角度去答题,才是正道。人家就想考你金属置换反应。
7、某同学用混有二氧化锰的高锰酸钾8克加热制取氧气,完全反应后剩佘固体的质量7、36克,则剩余固体中二氧化锰的质量是多少?
2KMnO4===K2MnO4+MnO2+O2
316------------87----32
x--------------y-----8-736=064
x=632
y=174
二氧化锰的质量:8-632+174==342g
8、我国规定在食盐中加入碘梭钾KIO3的方法补碘,已知食盐中加碘的量每千克食盐中含碘为0、035克,相当干每千克食盐中含多少克碘酸钾?
I%=I/KIO3=127/(127+39+163)=60%
0035/60%=0059克
9、20克碳和氧化铜的混合物加热完全反应后,称量为15、6克,求原
混合物中碳与氧化铜的质量比。
C+O2=====CO2质量减小
12------------12
X--------------X
2Cu+O2==2CuO质量增加
128------160---32
Y--------------32Y/128
X+Y===20
X-32Y/128===20-156
X=752克
Y=1244
10、将171克石灰石高温煅烧(杂质不含氧也不参加反应),待反应完全后测得残佘物中氧元素的质量减少了24克,求石灰石中碳酸钙的质量分数。
测得残佘物中氧元素的质量减少了24克,则生成二氧化碳:4424/32===33
CaCO3===CaO+CO2
100----------44
171x----------33
x=44%
6、把一根铁钉放入到一定质量的硫酸铜溶液中,过一会儿称量,质量增重0、8克,则有多少克铁参加反应?同时有多少克铜生成?
Fe+CuSO4==FeSO4+Cu质量增加
56----------------64----64-56==8
X---------------Y---------------08
X==56克
Y==64克
5、已知氯酸钾与二氧化锰的混合物15、5克,加热膨胀完全反应后,剩余固体的质量为10、7克,求①生成氧气多少克,在标准状况下为多少升?②10、7克固体是什么,各多少克?
氧气的质量:155-107===48
48/149==322
2KClO3===2KCl+3O2
245------149---96
----------x-----48
x=745(固体中氯化钾的质量)
二氧化锰:107-745=325
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