化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)過(guò)量問(wèn)題的分析

張 瑞

(安徽省界首第一中學(xué) 236500)

物質(zhì)過(guò)量問(wèn)題是高中化學(xué)的一種常見(jiàn)問(wèn)題.因不同物質(zhì)過(guò)量可能會(huì)引發(fā)不同的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致一些學(xué)生在分析的過(guò)程中出錯(cuò)率較高.為提高學(xué)生的分析能力以及解答該類問(wèn)題的正確率，教學(xué)中應(yīng)做好物質(zhì)過(guò)量問(wèn)題的分析教學(xué)，使學(xué)生掌握相關(guān)的分析思路與分析技巧，能夠在解題中以不變應(yīng)萬(wàn)變.

1 物質(zhì)過(guò)量現(xiàn)象的判斷

部分反應(yīng)中某一物質(zhì)的過(guò)量引發(fā)一連貫的反應(yīng)，對(duì)應(yīng)不同的反應(yīng)現(xiàn)象.為使學(xué)生更好地判斷物質(zhì)過(guò)程的反應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)要求學(xué)生做好化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象的總結(jié)，尤其應(yīng)明確其中的原理，準(zhǔn)確把握背后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng).

例1下列操作中，不出現(xiàn)“先產(chǎn)生沉淀，而后沉淀溶解”現(xiàn)象的是____.

(1)將過(guò)量CO2通入到飽和碳酸鈉溶液中.

(2)向Fe(OH)3膠體中逐滴加入過(guò)量的稀HCl.

(3)將過(guò)量CO2通入NaAlO2溶液中.

(4)向澄清石灰水中緩慢通入過(guò)量的CO2.

解析(1)碳酸鈉和過(guò)量CO2反應(yīng)生成碳酸氫鈉，因碳酸氫鈉的溶解度小于碳酸鈉，因此會(huì)出現(xiàn)碳酸氫鈉沉淀，但并不溶解.

(2)Fe(OH)3膠體會(huì)發(fā)生聚沉現(xiàn)象出現(xiàn)沉淀，當(dāng)加入過(guò)量的稀HCl時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成氯化鐵，沉淀溶解.

(3)NaAlO2和過(guò)量CO2反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，但沉淀并不溶解.

(4)中先后生成CaCO3沉淀，而后生成可溶的Ca(HCO3)2，沉淀溶解.

綜上符合題的有①③.

2 物質(zhì)過(guò)量離子種類的分析

一些物質(zhì)過(guò)量會(huì)導(dǎo)致一些原本不發(fā)生反應(yīng)的離子發(fā)生反應(yīng).分析該類問(wèn)題需要掌握物質(zhì)過(guò)量對(duì)原有離子造成的影響，思考生成哪些新的物質(zhì)、這些生成的物質(zhì)是否與原有離子發(fā)生反應(yīng)、發(fā)生怎樣的反應(yīng)等，從而做出準(zhǔn)確的判斷.

例2下列各組離子的溶液中，通入(加入)過(guò)量某物質(zhì)后，仍能大量共存的是( ).

B.H+、K+、Cl-、Ca2+，通入CO2氣體

解析A項(xiàng)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：

無(wú)法大量共存.D項(xiàng)因發(fā)生反應(yīng)

離子無(wú)法大量共存.綜上只有B項(xiàng)正確.

3 物質(zhì)過(guò)量相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

計(jì)算物質(zhì)過(guò)量相關(guān)的參數(shù)時(shí)需要明確在不同階段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、生成的具體物質(zhì)，又要能夠根據(jù)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象找到相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系.

例3將置于空氣中的NaOH固體樣品溶于水中，而后向其中逐滴加入HCl至過(guò)量，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO2體積和加入HCl的體積關(guān)系如圖1所示(忽略溶于水中的CO2)，則以下判斷錯(cuò)誤的是( ).

圖1

A.滴加HCl 0～150mL段，發(fā)生的反應(yīng)依次為

B.所有HCl的物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L

C.CO2體積不發(fā)生變化時(shí)，溶液中的溶質(zhì)為NaCl

例3：某高校重大事項(xiàng)未嚴(yán)格依法依規(guī)進(jìn)行決策，涉及金額681.9萬(wàn)元。某高校經(jīng)校長(zhǎng)辦公會(huì)研究決定“同意啟動(dòng)新校區(qū)一至六飯?zhí)煤团f校區(qū)飯?zhí)媒y(tǒng)一招標(biāo)工作”，收取承包費(fèi)。3年合計(jì)收取承包管理費(fèi) （折舊費(fèi)）681.9萬(wàn)元。上述事項(xiàng)雖經(jīng)集體討論決定，但決策結(jié)果不符合教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校學(xué)生食堂工作的意見(jiàn)》第二點(diǎn)規(guī)定的高校內(nèi)食堂的建筑設(shè)施由該高校統(tǒng)一提供，對(duì)承包經(jīng)營(yíng)都實(shí)行零租賃，免收管理費(fèi)。

D.樣品中NaOH、Na2CO3的物質(zhì)的量之比為1∶2

解析由圖可知HCl 0～150mL段未出現(xiàn)CO2氣體，發(fā)生的反應(yīng)依次為：

產(chǎn)生氣體發(fā)生的反應(yīng)為：

以滴加HCl 150～200mL為研究對(duì)象，容易計(jì)算出HCl的物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L.C項(xiàng)，CO2體積不變化時(shí)，溶液中NaHCO.剛好完全反應(yīng)，溶液溶質(zhì)為NaCl.當(dāng)加入HCl為200mL時(shí)，溶液溶質(zhì)為NaCl，n(NaCl)=0.4mol/L×0.2L=0.08mol.由碳原子守恒可得n(Na2CO3)=n(CO2)=0.02mol；由鈉原子守恒可得固體中n(NaOH)=0.04mol，顯然D項(xiàng)錯(cuò)誤.

4 過(guò)量問(wèn)題的常見(jiàn)題型分析

4.1 直接給出反應(yīng)物的量，直接計(jì)算

此種類型的題目是最為常見(jiàn)、最為基本和直接的問(wèn)題，解題基本沒(méi)有難度，按照解題步驟進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)解題.在解題時(shí)，需要做好題目的綜合分析，避免出現(xiàn)顧此失彼的情況.

例4在鐵粉和硫粉的混合物中鐵粉為221g，硫粉為8g，對(duì)混合物進(jìn)行加熱，忽略其他損失，可以生成ag硫化亞鐵，將反應(yīng)后的固體混合物投入到足量的稀硫酸中，可以得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下VL氣體，那么a、V的值分別是( ).

A.33、8.4 B.22、5.6 C.29、8.4 D.22、8.4

解析根據(jù)題意n(Fe)=0.375mol，n(S)=0.25mol，因?yàn)?/p>

可以得出Fe過(guò)量，根據(jù)S的量進(jìn)行計(jì)算，得出FeS的質(zhì)量為22g，因?yàn)楫a(chǎn)生的氣體是H2S和H2的混合氣體，計(jì)算得出氣體的體積是8.4.

4.2 固體反應(yīng)物過(guò)量，做出定性判斷

在化學(xué)反應(yīng)中，部分反應(yīng)要求液體是高濃度，當(dāng)固體反應(yīng)物過(guò)量的情況下，隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的濃度開(kāi)始降低，使得反應(yīng)停止，或者出現(xiàn)其他反應(yīng).對(duì)這樣的問(wèn)題，不能夠選擇不足量的物質(zhì)做出計(jì)算，需要借助動(dòng)態(tài)化思想，做出定性判斷.如Cu、Ag等金屬和濃硫酸反應(yīng)、二氧化錳和濃鹽酸反應(yīng).在Zn和濃硫酸的反應(yīng)中，濃度下降之后，還原產(chǎn)物也從二氧化硫變成氫氣.

例5在100mL 18mol/L的H2SO4中，加入64g銅片，并且對(duì)其進(jìn)行加熱，被還原的H2SO4的物質(zhì)的量是( ).

A.等于1.8mol B.等于1mol

C.等于0.9mol D.小于0.9mol

解析通過(guò)對(duì)題目進(jìn)行分析，可以看出Cu是明顯過(guò)量的，如果直接進(jìn)行選量計(jì)算，得出的結(jié)果是C，很明顯是一個(gè)錯(cuò)誤的答案.根據(jù)題意進(jìn)行深入分析，隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，生成的水使得H2SO4溶液的濃度降低，因此，H2SO4被還原的物質(zhì)的量應(yīng)當(dāng)小于0.9，選擇D項(xiàng).

4.3 混合物與某物質(zhì)反應(yīng)過(guò)量，做好轉(zhuǎn)化計(jì)算

在化學(xué)反應(yīng)中，涉及到混合物和某物質(zhì)的過(guò)量問(wèn)題，將混合物抽象轉(zhuǎn)化成單一部分，做出相應(yīng)的判斷之后，在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算.

例6 在25℃和101kPa的條件下，CO和H2的混合氣體10L，將其通入到15L的O2中，使其完全燃燒，干燥后恢復(fù)到原來(lái)的條件，求解:

(1)如果剩余氣體體積是15L，那么原有混合氣體中CO的體積是____，H2的體積是____.

(2)如果剩余氣體的體積是aL，那么原有混合氣體中CO和H2的體積比是____.

(3)如果剩余氣體的體積是aL，那么a的取值范圍是____.

解析此題在解題時(shí)，用到的是學(xué)生初中階段熟悉的知識(shí)，一氧化碳和氧氣以及氫氣和氧氣的燃燒反應(yīng)，在3個(gè)問(wèn)題中，從數(shù)字到字母，題目難度增加，雖然解題方式比較多，但解題的突破點(diǎn)是對(duì)過(guò)量問(wèn)題的討論.根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以得出氧氣的消耗是5L，剩余氧氣體積是10L，所有得到的二氧化碳的體積是5L，根據(jù)碳原子守恒定定律可以得出CO的體積是5L，H2的體積是10L.結(jié)合(1)的分析，將其中的數(shù)字轉(zhuǎn)化成字母，得出CO的體積是a-10，H2的體積是20-a，計(jì)算出混合氣體中兩種氣體的體積比.(3)題解答中，利用極值思想，假設(shè)混合氣體全部是H2，剩余氣體是O2，所以a=10，假設(shè)混合氣體全部是CO，a=20，因此得出a的取值范圍是10

4.4 溶質(zhì)不足溶劑繼續(xù)反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)慎重選量

在活潑金屬和水直接反應(yīng)的問(wèn)題中，不能夠簡(jiǎn)單地按照溶質(zhì)的量做出計(jì)算，需要對(duì)其進(jìn)行分析，做好量的選擇.

例7 在1 L 0.1mol/L的3份稀鹽酸中，分別放入Na、Mg、Al各0.2mol，產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量的比是( ).

A.1∶2∶3 B.3∶2∶1 C.2∶1∶1 D.1∶1∶1

解析在解題時(shí)，如果不考慮過(guò)量的情況，按照金屬進(jìn)行計(jì)算，得到的答案是A，但卻是錯(cuò)誤的答案，根據(jù)3種金屬和稀鹽酸的化學(xué)反應(yīng)，分析可知鹽酸對(duì)于3種金屬都是不足量，計(jì)算時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤選項(xiàng)D.在分析時(shí)，讓學(xué)生對(duì)Na和稀鹽酸的反應(yīng)進(jìn)行分析，在反應(yīng)時(shí)，鈉和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鈉不僅不會(huì)剩余，還會(huì)產(chǎn)生0.2mol的H2，因此，Na和稀鹽酸的反應(yīng)中生成的氫氣是Mg、Al的2倍，正確答案是C.

化學(xué)反應(yīng)中某種物質(zhì)過(guò)量意味著另一種與之發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)完全參加反應(yīng)，在書寫相關(guān)的化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)引起足夠的重視.同時(shí)，針對(duì)逐漸添加某種物質(zhì)至過(guò)量的問(wèn)題，應(yīng)搞清楚各個(gè)階段參加反應(yīng)的物質(zhì)以及對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式.