初中化學中的天平平衡問題

殷娟

【中圖分類號】G634.8 ??????【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）11-0284-01

天平平衡問題是初中化學教學中常出現(xiàn)的問題，也是總復習中的一個難點，這類問題由于前提條件不同，最后得出的結(jié)論也不同，學生往往對這類問題的解決感到比較困難。

解這類題的關(guān)鍵是抓住天平平衡的條件——左盤和右盤物質(zhì)的質(zhì)量相等。

例1.托盤天平兩盤上各放一只相同的燒杯，并各盛有等質(zhì)量分數(shù)的足量稀鹽酸，兩邊保持平衡。若向左盤燒杯中加入8g氧化鎂，要使天平再次保持平衡，需向右盤燒杯中加入的物質(zhì)是（ ）

A 8.4g碳酸鎂 B .9g鋁 C 8g碳酸鈉 D 11g銅

提示：Cu與鹽酸不反應

解析：此題旨在考查天平平衡上的計算問題，解題關(guān)鍵是天平兩邊增加或減少的質(zhì)量應保持相等。氧化鎂與鹽酸反應沒有氣體生成，說明加氧化鎂后左盤比右盤增重8g，若要天平平衡，右盤也必須增重8g。據(jù)題意可以看出C不正確，加入8g碳酸鈉一定產(chǎn)生一定量的二氧化碳，所以增重要小于8g，由于銅與鹽酸不反應，加入11g也不可能使天平平衡，所以D不正確。故分析可從A、B入手。

設(shè)：8.4g碳酸鎂產(chǎn)生CO2質(zhì)量為x

MgCO3+2HCI=MgCI2+H2O +CO2↑

84 ????????????44

8.4g ???????????x

x=4.4g

8.4g-4.4g=4g≠8g ??所以A不正確。

設(shè)：9g鋁與鹽酸反應產(chǎn)生氫氣質(zhì)量為y.

2AI+6HCI==2AICI3+3H2↑

54 ?????????6

9g ?????????y

y==1g

9g-1g==8g

所以正確答案是：B

例2.在天平的兩盤上分別放入質(zhì)量相等的燒杯，杯中各盛100g98%的稀硫酸溶液，向兩個燒杯中同時放入哪組金屬，反應終止時天平仍然平衡（ ）

A 6g鐵和6g鋅 B.6.5g鐵和6.5g鋅 C 3g鎂和3g鐵 D 7g鎂和7g鐵

解析：此題旨在考查學生分析判斷能力，解題關(guān)鍵是掌握酸、金屬、氫氣三種物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系。根據(jù)加入酸的質(zhì)量相等，加入金屬質(zhì)量也相等，那么影響天平平衡的惟一因素就是放出氫氣的質(zhì)量。若兩邊生成氫氣質(zhì)量也相等，天平一定保持平衡。要使生成氫氣質(zhì)量相等的條件是等量的金屬加入酸中，金屬都過量，使酸中氫完全被置換，那么等量的酸生成氫氣的質(zhì)量必然相等。

解：設(shè)100g9.8%的稀硫酸完全反應，需要Fe、Zn、Mg的質(zhì)量分別為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

通過計算分析，要使100g9.8%的稀硫酸完全反應，至少需要Fe5.6g、Zn6.5g、Mg2.4g，故A中6g鋅不足，與6g鐵生成的H2不等， B中6.5g鐵和鋅都能使硫酸完全反應，生成H2相等，C中3g鐵不足，與3g鎂生成H2不等，D中7g鎂和鐵也都能使硫酸完全反應，生成H2相等，故本題選B、D正確。

操練場：

1.（江蘇省南京市中考題）在托盤天平兩邊各放一只燒杯，調(diào)節(jié)至平衡，在燒杯里分別注入質(zhì)量相等、質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸，若在右盤投入一定質(zhì)量的鐵，恰好完全反應，為使天平仍保持平衡，應向左盤投入與鐵質(zhì)量相同的純凈金屬是（ ?）

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

2.（哈爾濱市中考題）.在托盤天平的兩個托盤上各放一個盛有足量的等質(zhì)量的稀鹽酸的燒杯，調(diào)節(jié)天平平衡，向左邊燒杯中加入28g鐵粉，再向右邊燒杯中加入與其質(zhì)量相等的下列混合物粉末，充分反應后，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.

問：化學天平類問題有何解題技巧？

答：影響天平兩端質(zhì)量變化的主要是反應時生成氣體的質(zhì)量，重點是分析發(fā)生了哪些反應。

如：天平兩端（已調(diào)平衡）各放質(zhì)量相等的兩杯稀硫酸（且溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同），分別投入等質(zhì)量的鋅和鐵，問天平指針如何變化？

解決該題時，應考慮以下情況：

（1）當鋅和鐵都完全反應時，鐵生成H2的質(zhì)量大于鋅，所以指針偏向加鋅的一邊。

（2）當鋅和鐵都有剩余（或鐵有剩余而鋅恰好完全反應時），此時生成H2的質(zhì)量是相同的，而兩邊所加鋅和鐵的質(zhì)量又相等，所以天平能保持平衡，指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

分析天平平衡問題時，還經(jīng)常使用差量法，即，所加物質(zhì)與生成氣體的質(zhì)量差。

生成氣體的反應，在初中階段大概有以下幾種情況：（1）活潑金屬與酸;（2）碳酸鹽與酸;（3）銨鹽與堿。

計算金屬與酸反應生成氫氣的題目，一般可以利用方程式進行計算，但需要寫出方程式后帶入數(shù)值，較復雜。實際在題目中又往往不會單獨出現(xiàn)這樣的問題，而常常作為中間計算。這時占用過多時間就不值得了。因此需要一種快速計算的方法。如果是金屬過量或足量時，可利用酸內(nèi)氫元素守恒計算;若酸足量或過量時，可利用“量價比”進行計算。

所謂“量價比”，指的是金屬元素的相對原子質(zhì)量與該金屬元素在酸中的化合價的絕對值之間的比值（用M表示），如：Mg相對原子質(zhì)量為24，在與酸反應后鹽中化合價為+2，則其量價比為24/2=12。然后帶入公式：m金屬=M×m氫氣進行計算就可以了。例如：要求36g金屬鎂與足量稀鹽酸可產(chǎn)生多少克氫氣時，就可以把36g金屬質(zhì)量帶入公式計算得到氫氣質(zhì)量3g，這樣計算方便、準確。而且在比較不同金屬產(chǎn)生氫氣質(zhì)量時更為方便，量價比越大，消耗金屬越多、產(chǎn)生氫氣越少。這都可以從前面公式中推導得到。

從實際意義看，量價比是產(chǎn)生1g氫氣時所需要的金屬質(zhì)量，同學可自行計算驗證。

天平問題一般是討論天平是否平衡，或者向哪個方向偏轉(zhuǎn)，這樣可分成三種情況討論：

（1）金屬都有剩余，則說明兩燒杯內(nèi)酸都消耗掉，因而天平平衡。

（2）金屬都不剩余，等質(zhì)量不同金屬產(chǎn)生H2的質(zhì)量不同，量價比小的金屬產(chǎn)生氫氣多，因此天平向另一方偏轉(zhuǎn)。

（3）當有一種金屬剩余，說明此燒杯內(nèi)酸完全反應，而另一無金屬剩余的燒杯內(nèi)，酸若也恰好完全反應，則天平平衡，但若酸有剩余，則天平向無金屬剩余的燒杯一方偏轉(zhuǎn)。

所以綜上所述，天平最后是否平衡只有兩種可能，一是平衡，二是向量價比大的一方偏轉(zhuǎn)。