化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)過量問題的分析

摘要：化學(xué)是高中階段的一門重要學(xué)科，除了要求學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)外，還需要學(xué)生能夠解決化學(xué)問題.在化學(xué)解題中，物質(zhì)過量問題是重要的題目類型，也是學(xué)生解題中的難點(diǎn)類型.在實(shí)際的解題中，需要學(xué)生做出準(zhǔn)確的判斷、分析和計(jì)算，保證問題準(zhǔn)確有效的解答.在化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)過量問題解答中，根據(jù)不同的類型，進(jìn)行相應(yīng)的思考分析和解答，讓學(xué)生掌握解題方法和技巧，提高學(xué)生解題能力.

關(guān)鍵詞：問題分析;物質(zhì)過量;化學(xué)反應(yīng);高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）07-0140-03

收稿日期：2021-12-05

作者簡介：張瑞（1971.10-），

男，安徽省界首市人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.[FQ）]

物質(zhì)過量問題是高中化學(xué)的一種常見問題.因不同物質(zhì)過量可能會(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題的正確率，教學(xué)中應(yīng)做好物質(zhì)過量問題的分析教學(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)萬變.

1 物質(zhì)過量現(xiàn)象的判斷

部分反應(yīng)中某一物質(zhì)的過量引發(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膠體中逐滴加入過量的稀HCl.

（3）將過量CO2通入NaAlO2溶液中.

（4）向澄清石灰水中緩慢通入過量的CO2.

解析（1）碳酸鈉和過量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)過量離子種類的分析

一些物質(zhì)過量會(huì)導(dǎo)致一些原本不發(fā)生反應(yīng)的離子發(fā)生反應(yīng).分析該類問題需要掌握物質(zhì)過量對(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）過量某物質(zhì)后，仍能大量共存的是（）.

A.Fe3+、Ba2+、H+、NO-3，通入SO2氣體

B.H+、K+、Cl-、Ca2+，通入CO2氣體

C.Na+、SO2-4、Br-、Al（OH）-4，通入CO2氣體

D.HS-、I-、Na+、HCO-3，加入AlCl3溶液

解析A項(xiàng)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：

3SO2+2NO-3+2H2O3SO2-4+2NO↑+4H+

SO2+2Fe3++2H2O2Fe2++SO2-4+4H+

因生成的SO2-4和Ba2+反應(yīng)生成沉淀，離子無法共存.C項(xiàng)因發(fā)生反應(yīng)

Al（OH）-4+CO2Al（OH）3↓+HCO-3

無法大量共存.D項(xiàng)因發(fā)生反應(yīng)

3HCO-3+Al3+Al（OH）3↓+3CO2↑

Al3++3HS-+3H2OAl（OH）3↓+3H2S↑

離子無法大量共存.綜上只有B項(xiàng)正確.

3 物質(zhì)過量相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

計(jì)算物質(zhì)過量相關(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（）.

A.滴加HCl 0～150mL段，發(fā)生的反應(yīng)依次為

H++OH-H2O

H++CO2-3HCO-3

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

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：

H++OH-H2O

H++CO2-3HCO-3

產(chǎn)生氣體發(fā)生的反應(yīng)為：

HCO-3+H+CO2↑+H2O

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 過量問題的常見題型分析

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、最為基本和直接的問題，解題基本沒有難度，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V L氣體，那么a、V的值分別是（）.

A.33、8.4B.22、5.6C.29、8.4D.22、8.4

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

S+Fe=FeS

可以得出Fe過量，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)物過量的情況下，隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的濃度開始降低，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1.8molB.等于1mol

C.等于0.9molD.小于0.9mol

解析通過對(duì)題目進(jìn)行分析，可以看出Cu是明顯過量的，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)的過量問題，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)過量問題的討論.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)的問題中，不能夠簡單地按照溶質(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∶3B.3∶2∶1C.2∶1∶1D.1∶1∶1

解析在解題時(shí)，如果不考慮過量的情況，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)至過量的問題，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.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽]