終態(tài)分析法解題例析

摘要：認(rèn)為終態(tài)分析法是解析較繁雜的計(jì)算型試題的一種好方法。通過(guò)幾個(gè)典型的化學(xué)計(jì)算例題的解析，介紹了終態(tài)分析法在化學(xué)解題中的思想方法和解題技巧，并做了適當(dāng)?shù)脑u(píng)析，為指導(dǎo)學(xué)生解題提供參考。

關(guān)鍵詞：終態(tài)分析法解題；化學(xué)計(jì)算題；化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）10–0067–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在高中化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)遇到題目反應(yīng)很多，變化很多，比較繁雜的一類計(jì)算型試題，學(xué)生反映解答很麻煩，找不到更好的思路，筆者根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出較成熟的一種分析和解答試題的方法——終態(tài)分析法。縱觀其他幾位老師的論文，對(duì)于終態(tài)分析法的界定，都是“只需考慮反應(yīng)的最終結(jié)果”[1]，“關(guān)注最終組成”[2]，“從產(chǎn)物的最終組成或者始態(tài)與終態(tài)的守恒關(guān)系進(jìn)行整體分析”[3]，從而快速作答。然而此類問(wèn)題的終態(tài)不一定是真正的最終狀態(tài)，而是反應(yīng)變化過(guò)程中的某一個(gè)特定狀態(tài)，并且大多只分析例題卻缺少針對(duì)性練習(xí)。

本文通過(guò)幾個(gè)典型例題，解析終態(tài)分析法在化學(xué)解題中的應(yīng)用，幫助大家更好地指導(dǎo)學(xué)生解題。所謂終態(tài)分析法，就是抓住反應(yīng)變化過(guò)程中的某一個(gè)特定狀態(tài)（不一定是真正的最終狀態(tài)），通過(guò)分析其組成成分，然后結(jié)合原子（電子）守恒的使用，快速地抓住反應(yīng)本質(zhì)，巧妙地解題的方法。它適用于題目反應(yīng)很多、變化很多、比較繁雜的一類計(jì)算型試題。它的最大的優(yōu)點(diǎn)，是避免了題目中復(fù)雜的反應(yīng)變化過(guò)程，巧妙地抓住題目的“七寸”，從而快速作答。這種方法的核心就是如何分析和確定題目的終態(tài)?，F(xiàn)舉例分析：

例1 10.2 g Mg、Al混合物溶于4 mol/L的HCl 500 mL中，若加入2 mol/L的NaOH溶液使其沉淀，則完全沉淀時(shí)需NaOH溶液體積為 mL。

解析：本題發(fā)生的反應(yīng)包括：

Mg+2HCl=MgCl2 +H2↑

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl

AlCl3+3NaOH=Al（OH）3↓+3NaCl

常規(guī)方法先設(shè)定Mg和Al的質(zhì)量，分別計(jì)算消耗的HCl和剩余的HCl，以及生成的MgCl2和 AlCl3，然后再求各自消耗的NaOH的量，加和后求解。這樣繁雜的計(jì)算，學(xué)生不容易理清頭緒，進(jìn)行逐步計(jì)算。

現(xiàn)用終態(tài)法分析：完全繞過(guò)4個(gè)具體的反應(yīng)，抓住沉淀完全時(shí)刻作為本題的終態(tài)。此時(shí)溶液中的成分只有NaCl， 根據(jù) Na和Cl的原子守恒，則有n（HCl）= n（NaOH）=4 mol/L×0.5 L，所以V（NaOH）為4 mol/L×0.5 L÷2 mol/L=1 L。

例2 在Fe和Fe2O3的混合物中，加入稀H2SO4 200 mL，放出H2 1.68 L（STP），反應(yīng)停止后，溶液中無(wú)Fe3+，為了中和過(guò)量的H2SO4并使Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）2沉淀，共用去3 mol/L的NaOH溶液200 mL。則稀H2SO4的物質(zhì)的量濃度為 。

解析：本題同樣涉及很多反應(yīng)：

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O

Fe2（SO4）3+Fe=3FeSO4

H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O

FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe（OH）2↓

常規(guī)方法先設(shè)定Fe和H2SO4的物質(zhì)的量，再根據(jù)生成的H2和消耗的NaOH以及Fe2+和Fe3+的轉(zhuǎn)化列方程組求解，關(guān)系繁雜，學(xué)生無(wú)法具體計(jì)算。

2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O

Na2CO3·10H2O=Na2CO3+10H2O

先設(shè)定NaHCO3和Na2CO3·10H2O的質(zhì)量，利用質(zhì)量守恒和Na原子守恒列方程組解出各自的量，再根據(jù)NaHCO3、Na2CO3·10H2O分解反應(yīng)計(jì)算各自質(zhì)量，最后加和。分步計(jì)算也很顯繁瑣，極易出錯(cuò)。

用終態(tài)法分析：加熱至恒重時(shí)為終態(tài)。此時(shí)固體的成分只有Na2CO3。根據(jù)Na的原子守恒，全部來(lái)源于原來(lái)的混合物，而其中所有的Na在溶解時(shí)全部成為Na+，所以：

n（Na+）=0.4 mol/L×0.1 L=0.04 mol

n（Na2CO3）=1/2×n（Na+）=1/2×0.04 mol=0.02 mol

m（Na2CO3）=0.02 mol×106 g/mol=2.12 g

例4 a g鐵粉與一定量的硝酸在一定條件下充分反應(yīng)，將生成的氣體與標(biāo)準(zhǔn)狀況下b L氧氣混合；恰好能被水完全吸收，則a和b的關(guān)系可能是（ ）。

A. b>0.3a B. b<0.2a

C. 0.2a

解析：本題有關(guān)的反應(yīng)有：

3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+4H2O+2NO↑

Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+2H2O+NO↑

4NO+3O2+2H2O=4HNO3

硝酸的濃度和用量未確定，因而生成硝酸鐵、硝酸亞鐵或兩者的混合物不能確定，無(wú)法具體定量。

用終態(tài)法分析：恰好能被水完全吸收時(shí)作為終態(tài)，此時(shí)溶液成分只有硝酸。即硝酸的還原產(chǎn)物與氧氣混合后最終還是生成硝酸，這樣消耗的氧氣相當(dāng)于把a(bǔ) g鐵氧化成+2價(jià)或+3價(jià)化合物，根據(jù)電子守恒：

當(dāng)鐵氧化成+2價(jià)時(shí)，b=（2×22.4a）/（4×56）=0.2a，

當(dāng)鐵氧化成+3價(jià)時(shí)，b=（3×22.4a）/（4×56）=0.3a，故選C。

例5 向7.3 g未知濃度的鹽酸中加入3.4 g 10%的AgNO3溶液，AgNO3完全反應(yīng)后，再加8 g 5%的NaOH溶液時(shí)，恰好完全中和，求鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？

分析：有關(guān)的反應(yīng)有：

HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3

HNO3+NaOH=NaNO3+H2O

HCl+NaOH=NaCl+H2O

常規(guī)解法是先求AgNO3反應(yīng)消耗的鹽酸的量和生成的HNO3的量，再求HNO3消耗的NaOH的量，NaOH的總量減去HNO3消耗的NaOH的量為中和過(guò)剩鹽酸的NaOH的量。如此計(jì)算太復(fù)雜，且易出錯(cuò)。

用終態(tài)法分析：這樣考慮可使問(wèn)題簡(jiǎn)化：HCl→HNO3，HNO3→NaOH，求HCl→NaOH。HNO3可看作該反應(yīng)中的二傳手HCl→HNO3→NaOH，故可忽略HNO3的生成，將問(wèn)題簡(jiǎn)化為HCl→NaOH的關(guān)系。

解：設(shè)鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，則：

HCl ～ NaOH

36.5 40

7.3x g 8g×5%

36.5/7.3x g=40/8 g×5%，x=5%。

模擬練習(xí)：

1.向100 mL 3 mol/L的CuSO4溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H2S氣體3.36 L，再向混合液中滴加3 mol/L NaOH溶液，當(dāng)溶液的pH=7時(shí)，滴入的NaOH溶液的體積為 。

2.實(shí)驗(yàn)室把29 g Fe和S的混合物在密閉條件下加熱反應(yīng)后，冷卻至室溫，再與足量稀H2SO4反應(yīng)，得氣體8.4 L（STP），求Fe和S的物質(zhì)的量之比。

3. 1.08 g Al粉加入100 mL 0.6 mol/L的HCl中，反應(yīng)后，再加入0.5 mol/L的NaOH溶液 mL才使Al粉剛好溶解且得澄清溶液。

4.將1 g未被氧化的Al片投入盛有200 mL 2 mol/L的H2SO4中，反應(yīng)后，若要將其中的Al3+完全沉淀，需要加入2 mol/L的NH3·H2O mL。

5.將C和CaCO3混合物在空氣中充分加熱，使之完全反應(yīng)，得到CO2的質(zhì)量與原混合物的質(zhì)量相等。求原混合物中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

解析提示：

1.當(dāng)溶液的pH=7時(shí)為終態(tài)，此時(shí)溶液成分為Na2SO4。答案為200 mL。

2.得氣體8.4 L（STP）為終態(tài)，氣體的量只與Fe有1：1對(duì)應(yīng)關(guān)系。答案為3：2。

3.使Al粉剛好溶解且得澄清溶液為終態(tài)，此時(shí)溶液成分為NaAlO2和NaCl。答案為200 mL。

4. Al3+完全沉淀為終態(tài)，此時(shí)溶液成分為（NH4）2SO4。答案為400 mL。

5.原混合物中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為CO2中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。答案為27.27%。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉敬.解化學(xué)計(jì)算題的終態(tài)分析法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2004，（3）：42～43.

[2]周維青，楊興多.運(yùn)用終態(tài)分析法 巧解化學(xué)計(jì)算題[J].中學(xué)生數(shù)理化（高考版），2009，（4）：62～64.

[3]唐紀(jì)軒.運(yùn)用終態(tài)分析法解題的四種策略[J].化學(xué)教學(xué)，2008，（11）：67～70.