初中化學計算中的過量判斷

　　摘 要： 在初中化學計算中，在客觀事實和質(zhì)量守恒定律兩大原則的指導下，列出正確的化學方程式，掌握一定的規(guī)律和技巧進行物質(zhì)的過量判斷，才能得到正確的計算結(jié)果。
　　關(guān)鍵詞： 化學計算 質(zhì)量守恒定律 過量判斷
　　
　　我對桂林市2011—2012學年度上學期期末質(zhì)量檢測試卷進行了分析，選取其中的計算題來闡述質(zhì)量守恒定律的內(nèi)涵及化學計算中的過量判斷。
　　原題如下：為了測定某地石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)，取來了一些石灰石樣品，并取稀鹽酸200g，平均分成4份，分別進行如下實驗。
　?。?）碳酸鈣的相對分子質(zhì)量是 ，碳酸鈣中鈣元素、碳元素、氧元素的質(zhì)量比是 。
　?。?）第3次實驗中，鹽酸是否已經(jīng)反應完全 （填“反應完全”或“反應沒有完全”），你的理由是 。
　?。?）計算這種石灰石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)（樣品中物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)=物質(zhì)的質(zhì)量/樣品的質(zhì)量×100%。請寫出詳細的計算過程）。
　　通過對本次考試學生答卷情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)本題中第（3）題的得分率偏低，主要原因在于學生不知道該選擇實驗序號中的第幾組數(shù)據(jù)進行計算，歸根結(jié)底是由于學生沒有掌握好實驗數(shù)據(jù)的分析原則，沒有了解質(zhì)量守恒定律的內(nèi)涵及其應用。人教版九年級化學上冊課本中對質(zhì)量守恒定律的定義如下：“參加化學反應的各物質(zhì)質(zhì)量總和，等于反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個規(guī)律叫做質(zhì)量守恒定律?！痹诒绢}中，解題的關(guān)鍵在于對“參加化學反應的各物質(zhì)”的理解。大多數(shù)學生在看到實驗序號4中生成CO的質(zhì)量為4.4g時，自然地聯(lián)想到與CO的相對分子質(zhì)量44存在整數(shù)倍的數(shù)量關(guān)系，并且在實驗4中，作為表格的最后一列，學生易誤認為反應已經(jīng)到了第四步，應該反應完全了，于是采用實驗序號4中的數(shù)據(jù)進行計算。以上各種原因，導致本題的得分率偏低。
　　第（3）題需要計算出這種石灰石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。由題目括號中給出的公式提示，學生先想到計算出樣品中碳酸鈣的質(zhì)量。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，列出化學反應方程式：CaCO+2HCl=CaCl+CO↑+HO，由CO的質(zhì)量，可計算出CaCO的質(zhì)量。在本題中，學生若選擇CO的質(zhì)量為4.4g，則陷入了命題者設下的“圈套”。通過分析表格中的4組實驗數(shù)據(jù)，我們可以看到，在實驗1與實驗2中，每增加50g稀鹽酸，生成CO的質(zhì)量都為1.76g，這說明實驗1與實驗2中，如果繼續(xù)增加稀鹽酸的質(zhì)量，CO的質(zhì)量也隨之增加，由此可見，前兩組實驗中的稀鹽酸已經(jīng)反應完全，而石灰石有剩余。在第3組數(shù)據(jù)中，稀鹽酸的質(zhì)量還是增加50g，而CO的質(zhì)量并未增加1.76g，由此判斷石灰石已經(jīng)反應完全而稀鹽酸有剩余。在第4組數(shù)據(jù)中，稀鹽酸的質(zhì)量繼續(xù)增加50g，而CO的質(zhì)量已經(jīng)不再增加，這再次說明石灰石已經(jīng)反應完全?？偨Y(jié)這道題目，回顧質(zhì)量守恒定律的實際內(nèi)涵，我們不難發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量守恒定律中，強調(diào)運用化學方程式進行計算時，所用到的數(shù)據(jù)一定是“參加化學反應的各物質(zhì)”，而不是出現(xiàn)在化學實驗中的所有物質(zhì)。對于沒有參與化學反應但又存在在化學反應體系中的物質(zhì)，我們必須掌握好物質(zhì)的過量判斷，才不會如本題所述，陷入使用實驗3或?qū)嶒?的數(shù)據(jù)進行計算的誤區(qū)當中。
　　在分析表格類計算題型時，首先要觀察各組實驗數(shù)據(jù)間遞增或者遞減的規(guī)律。當發(fā)現(xiàn)個別組的實驗數(shù)據(jù)與整體數(shù)據(jù)的變化規(guī)律有沖突時，需要運用質(zhì)量守恒定律，考慮“參加化學反應的各物質(zhì)”之間何者過量，何者不足的問題。
　　在中學化學計算中進行過量判斷，可以從如下幾方面著手：根據(jù)客觀事實和質(zhì)量守恒定律列出化學方程式，由化學方程式中各物質(zhì)的相對分子質(zhì)量（或相對原子質(zhì)量）與化學計量數(shù)，計算出各物質(zhì)的質(zhì)量比，由此判斷參與化學反應的各物質(zhì)之間的過量或是不足，根據(jù)不足量的物質(zhì)求解，這是最基本的途徑。比如判斷金屬單質(zhì)鐵、鎂、鋁等與氧氣燃燒的反應，非金屬單質(zhì)碳、硫、磷等與氧氣燃燒的反應，金屬與酸、金屬與鹽的置換反應，酸、堿、鹽之間的復分解反應，等等，這是物質(zhì)之間發(fā)生反應，都是根據(jù)反應物中較少的量確定生成物的質(zhì)量。
　　對于生成物有可能是多種的問題，我們要進行具體分析。例如把將二氧化碳通入澄清石灰水中，會發(fā)生如下反應：CO+Ca（OH）=CaCO↓+HO；CO+CaCO+HO=Ca（HCO）。當把二氧化碳持續(xù)不斷地通入澄清石灰水中時，先生成了碳酸鈣，使沉淀不斷增加。當石灰水中氫氧化鈣反應完之后，二氧化碳會與生成的碳酸鈣發(fā)生反應，使沉淀溶解。故生成沉淀的質(zhì)量與二氧化碳的質(zhì)量關(guān)系共有兩種，要結(jié)合通入的二氧化碳的量和氫氧化鈣的量進行具體的分析。再者，鐵與稀硝酸的反應，金屬鐵有變價，實際參與反應的鐵與稀硝酸的質(zhì)量直接影響到生成物的種類，具體情況歸納分析如下：稀硝酸與少量鐵反應（鐵粉與過量稀硝酸反應）的方程式:4HNO（稀）+Fe=Fe（NO）+NO↑+2HO；稀硝酸與過量鐵反應（過量鐵粉與稀硝酸反應）的方程式：8HNO（?。?3Fe=3Fe（NO）+2NO↑+4HO。這樣只需判斷鐵與稀硝酸的比例即可。當鐵與稀硝酸的比例小于1∶4時，則反應后只有三價的鐵離子產(chǎn)生；當鐵與稀硝酸的比例大于1∶4但是小于3∶8時，產(chǎn)物既有三價鐵離子又有二價的亞鐵離子；當鐵與稀硝酸的比例大于3∶8時，產(chǎn)物中只有二價的亞鐵離子。在具體的計算應用中，我們應該先計算各物質(zhì)的質(zhì)量比，用以判斷所發(fā)生的反應屬于哪種情況。故過量判斷是我們理解整個反應不可或缺的要素。
　　由此可見，客觀事實和質(zhì)量守恒定律，是我們進行化學計算時必須遵循的兩大原則。只有在具體的化學反應中對反應原理和數(shù)據(jù)進行分析，才能得到正確的計算結(jié)果。