国际千克原器的因污染增重

2013年1月初，德国最新一期《计量学》杂志刊载研究报告称，作为标准质量单位的国际千克原器因表面遭污染而略有增重。

国际千克原器是一个39毫米高、底面直径也为39毫米的圆柱体。它由铂铱合金制成，其中铂含量为90%，铱含量为10%，合金密度约为21500公斤每立方米。

国际千克原器设立于1875年，保存在法国首都巴黎的国际计量局内。另有大约40个官方复制品分布于全球，用来定义千克。千克是国际单位制7个基本单位之一。

原器之所以采用铂铱合金制成，是因为这种合金的抗氧化性和抗化学腐蚀性非常好。不过报告称，经过百余年岁月洗礼，这些铂铱合金圆柱体表面遭一定污染，增重数十微克。一微克为百万分之一克。

报告作者之一、英国纽卡斯尔大学计量学家彼得·坎普森告诉美国趣味科学网站记者，科学家早就意识到国际千克原器表面可能附着污染物，因此把它做成圆柱体，尽量减少表面积。这些原器保存在实验室内，空气都经过滤，恒温，恒压，但无法完全隔绝空气污染和污染物。

为测量原器“长胖”多少，坎普森带领研究小组借助X射线光谱学成像技术，观察与原器相似的物体表面，发现这些表面附着数十微克碳基及汞污染。碳可能来源于汽车尾气，汞污染物则来自实验室内偶尔打破的水银温度计和水银气压计。

坎普森说，数十微克虽然没多少重量，但会影响一些精密科学实验和国际贸易。

“那确实是相当微小的效果，但严格来讲，我们比19世纪后期略微轻一些，”他说，“巴黎的国际千克原器是质量定义的标准，它变了，但它的重量仍被当做1千克。它变重意味着其他东西实际上轻一些，包括我们自己。” 研究小组发现，用臭氧和紫外线可以打破铂铱合金表面碳原子间的结合，去除碳基污染物，不过汞污染物可能仍然存留。也有另外一些办法，但臭氧法“是唯一一个能与手工摩擦媲美的办法”，而且不会破坏原器。

坎普森说：“我们的做法可以有效地让那些原器晒个日光浴。”

国际计量局计量学家理查德·戴维斯说，臭氧法所用设备无须投入太多时间和费用，可能会被广泛采用。

2H2+O2=2H2O

2 1 2

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2

2 2 4

由上述两个方程式可以看出固体变化为从2molNa2O2到4NaOH，增加的是氢原子的质量，而氢原子来自于氢气，所以上述反应中固体增加的是氢气的质量。

同理假设lNa2O2反应后生成Na2CO3，固体增重的部分为CO

综上增重ag

CO + CuO = CO2 + Cu（加热） 气体增重

28 44 44-28=16

x 22-18=4

解得：x=7

答：原混合气中CO的质量分数为：7g÷18g×100%=389%

1由题可知发生了两个化学变化

用极值法假设铜块全被锈蚀算得变化情况为62/222100%=28%

假设铜块全没被锈蚀32/128100%=25% 所以固体减轻小于28%

增重小于25%

2解析：根据各元素的原子量和质量分数很容易看出，分子中Na元素的原子个数最少。甲基橙分子中至少含有一个钠原子因钠元素的质量分数为7．0％，故甲基橙的相对分子质量至少不低于329

3设NO与NO2个数分别为X,Y 14x+14y:16x+32y=1:2 y=3x NO=30 NO2=46

质量比为5:23

用极端假设法

如果ag的气体都是甲烷，则燃烧后会生成二氧化碳和水，二氧化碳和水又和过氧化钠反应，便可得到固体质量 M 1

如果ag的气体都是CO，则燃烧后会生成二氧化碳，二氧化碳又和过氧化钠反应，便可得到固体质量 M 2

如果ag的气体都是H2，则燃烧后会生成水，水又和过氧化钠反应，便可得到固体质量 M 3

比较M 1 M 2 M3 就可以得到固体质量m的取值范围。

1、通过石灰水，生成了CaCO3（化学量100），其中碳来自于烃，100克CaCO3即为1摩尔，所以其中碳为1摩尔。而烃为05摩尔，所以每个烃分子中有两个碳原子。

2、由方程式，2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2和2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2知， 1摩尔C能够使固体增重为（244-32）/2=28克（44、32分别为二氧化碳与氧气的分子量），另外的30-28=2克为H元素形成的增重。每摩尔H元素的增生为（182-32）/4=1克，所以烃中有2摩尔H原子，而烃为05摩尔，所以每个烃分子中有四个H原子。

综上所述，分子式为C2H4，也就在于乙烯了。

化学上运用的差量法，通常指根据化学反应方程式找出反应前后的量的变化，跟实际差量构成正比例关系，从而列式求解，简化计算。其实差量法的运用范围是非常广泛的，不能仅仅局限于化学方程式的计算，事实上只要形成差量比例的问题，均可运用差量法解决，而且往往收到神奇的效果。

一、差量法处理溶解度问题

例1 已知t℃时，某物质的不饱和溶液a g中含溶质m g。若该溶液蒸发b g水，并恢复到t℃，析出溶质 。若原溶液蒸发c g水并恢复到t℃，则析出溶质 。用S表示该物质在t℃时的溶解度，下式中正确的是（ ）

（A） （B）

（C） （D）

解析：本题中两次蒸发溶剂的差量和析出溶质的差量与100g溶剂中溶解的溶质S构成正比关系

，

答：C。

例2 t℃时 溶解度为 ， ℃时 的溶解度为 。若将A g ℃时 饱和溶液降温至 ℃时， 溶液质量（g）将变为（ ）

（A） （B）

（C） （D）

解析：根据饱和溶液和析出溶质之间的比例关系，建立差量关系式

饱和溶液质量~析出溶质质量

A x

则母液质量 ，

答：B。

二、差量法处理“阿氏”问题

例3 同温同压下，其容器充满 重116g，若充满 重122g，现充满A气体重114g，则某气体的相对分子质量为（ ）

（A）28 （B）60

（C）32 （D）44

解析：这类试题，按常规思路，总是联立方程，先求瓶重，然后求气体质量和式量，是非常繁琐的，而运用差量法就非常简单。

因为从阿伏加德罗定律可以推知：同温同压下，气体质量之差和相对分子质量之差存在正比关系，因此可以不计算容器本身质量，直接按气体质量差和相对分子质量差的正比关系求解：

，

x=28，答：A。

例4 有一玻璃瓶在标准状况下，充满空气重15234 g，若充满氧气时重15237 g，求该玻璃瓶的容积

（A）224L （B）112L

（C）0224L （D）0112L

解析：标准状况下，气体的体积即玻璃瓶的容积。设玻璃瓶的容积为x L。

当空气和氧气各为224L时，质量差为：

32g-29g=3g；

空气和氧气各为x L时，质量差为：

15237g-15234g=003g。

224：3=x：003，

x=0224（L），答：C。

三、差量法处理化学平衡问题

例5 在一定条件下，合成氨反应达到化学平衡后，混合气体中 的体积占25%，若维持反应条件不变，则反应后缩小的体积和原反应物体积的比值为（ ）

（A） （B）

（C） （D）

解析：设反应后气体的体积为V，则 体积为025V，

2 2

025V x

x=025V，即反应后体积减小025V，

，答：A。

例6 在一个固定容积的密闭容器中放入3 mol X气体，2 mol Y气体，一定条件下发生下列反应： 达到平衡后，容器内温度与起始温度相同，混合气体的压强化原来增大10%，X减小 ，则n值为（ ）

（A）4 （B）5

（C）6 （D）7

解析：

△n增大

4 n-5

（3+2）mol10%

解得n=7。答：D。

四、差量法处理“增重率”问题

例7 在相同条件下，将Mg、Al、Fe分别投入质量相等且足量的稀盐酸中，反应结束后三种溶液的质量仍相等，Mg、Al、Fe的质量关系是（ ）

（A）Mg>Al>Fe （B）Al>Mg>Fe

（C）Fe>Al>Mg （D）Mg=Al=Fe

解析：本题要求综合考虑进入溶液的金属及放出的氢气两方面的质量。解本题的关系是算出各金属使溶液的“增重率”，因为“增重率”越大，所需加入的金属的质量越小。

假定将1 mol金属Mg投入酸中，则放出氢气2 g，镁使溶液“增重率” ，同理铝和铁的增重率分别为 、 ，这三种金属的“增重率”减小的次序是Fe、Mg、Al，由此可知，要使溶液的质量仍相等，投入金属质量最大的是铝，其次是镁，铁最小。答：（B）。

五、差量法处理同位素含量问题

例8 镁元素的近似相对原子质量是24325，它的三种天然同位素 、 、 中， 原子的物质的量分数为7870%，则 原子的物质的量分数为

（A）685% （B）1120%

（C）1568% （D）2130%

解析：镁元素平均相对原子质量为24325，较之 式量增加0325，这一增量值源于 和 。因为 比 式量增1， 比 式量增2，又 和 二者在自然界共占有（1-7870%）=213%。设 在自然界的原子百分比为x%，则 为（213-x）%，依题意：

1×（213-x）%+2x%=0325

解得 x=1120，答：（B）。

六、差量法求解物质的化学式和式量

例9 与 共热可得 和一种钴的氧化物A，现将20 g 与 反应一段时间后，用碱石灰吸收气体44g，原 质量变为164g，则A的化学式为（ ）

（A） （B）CoO

（C） （D）

解析：设A的化学式为 ，则

，固体减少（△m）

119x 44x 56x+16y 63x-16y

20g 44g 36g

44x×36g=44g×（63x-16y）

x：y=2：3。

故A的化学式为 。答：（A）。

例10 某二价金属的氧化物质量为14g，当全部转化为氯化物时，质量为2775g，则该金属的相对原子质量是（ ）

（A）23 （B）24

（C）56 （D）40

解析：设二价金属为M，则氧化物化学式为MO，氯化物的化学式为 ，则建立如下差量关系式：

固体增量（△m）

x+16 x+71 55

14g 2775g-14g=1375g

1375×（x+16）=14×55

解得x=40，答：（D）。