化學(xué)計(jì)量與阿伏加德羅常數(shù)試題的解題策略

陳 博

(杭州第二中學(xué)錢江學(xué)校)

有關(guān)阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算與分析是歷年來全國各地高考命題的熱點(diǎn)也是重點(diǎn),每年的題量和題型保持相對穩(wěn)定,不但考查以基礎(chǔ)知識為載體的一些相對簡單的計(jì)算,還考查考生的知識綜合應(yīng)用能力和分析判斷能力.本文例析相關(guān)試題,以期能提高解答此類試題的準(zhǔn)確率.

1 有關(guān)氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的計(jì)算

例1設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值.下列說法正確的是().

A.(2021年1月浙江卷)向100mL0.10mol·L－1FeCl3溶液中加入足量Cu粉充分反應(yīng),轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.01NA

B.(2021年全國甲卷)3 mol的NO2與H2O 完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA

C.(2021年河北卷)電解飽和食鹽水時(shí),若陰陽兩極產(chǎn)生氣體的總質(zhì)量為73g,則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為NA

D.(2021 年福建卷)電解熔融MgCl2制2.4g Mg,電路中通過的電子數(shù)為0.1NA

解析100mL0.10mol·L－1FeCl3溶液中鐵離子的物質(zhì)的量是0.01 mol,加入足量Cu粉充分反應(yīng),鐵離子被還原為亞鐵離子,則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.01NA,選項(xiàng)A 正確.NO2與H2O 反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO,該反應(yīng)消耗3個(gè)NO2分子轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 個(gè),則有3 mol的NO2參與反應(yīng)時(shí),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2NA,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.電解飽和食鹽水時(shí)電極總反應(yīng)為

陰陽兩極產(chǎn)生氣體分別是氫氣與氯氣,且物質(zhì)的量之比為1∶1,若氣體的總質(zhì)量為73g,則說明反應(yīng)生成的氫氣與氯氣的物質(zhì)的量各為1 mol,由關(guān)系式H2～2e－可知,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2NA,選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.電解熔融的MgCl2生成金屬鎂,鎂由＋2價(jià)降低到0價(jià),因此1molMgCl2完全電解生成金屬M(fèi)g,轉(zhuǎn)移2 mol電子,則電解熔融MgCl2制2.4g Mg,電路中通過的電子數(shù)為0.2NA,選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為A.

解題策略該類試題的命題角度多為特殊氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的計(jì)算,主要備考策略有:

1)注意是否發(fā)生歧化反應(yīng),如Cl2與NaOH 發(fā)生歧化反應(yīng),消耗1molCl2轉(zhuǎn)移1mol電子.

2)注意變價(jià)元素,變價(jià)元素的單質(zhì)參與反應(yīng)時(shí),反應(yīng)物的量不同,所表現(xiàn)的化合價(jià)不同;如1 molFe與足量鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子,而與足量硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)移3mol電子,Fe過量,則生成Fe2＋,要加以區(qū)別判斷.另外要注意,氧化劑或還原劑不同,所表現(xiàn)的化合價(jià)不同,如Cu與Cl2反應(yīng)生成CuCl2,而Cu與S反應(yīng)生成Cu2S.

3)注意氧化還原的競爭及用量問題.如還原性I－＞Fe2＋＞Br－,向FeBr2溶液中通入Cl2,Cl2先與Fe2＋反應(yīng)再與Br－反應(yīng),向FeI2溶液中通入Cl2,Cl2先與I－反應(yīng)再與Fe2＋反應(yīng),Cl2的量不同,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)則不同.

2 有關(guān)電解質(zhì)溶液中微粒數(shù)目的計(jì)算

例2設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值.下列說法正確的是().

A.(2021年全國甲卷)1LpH＝4 的0.1 mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數(shù)為0.1NA

B.(2021年湖南卷)0.1mol·L－1HClO4溶液中含有的H＋數(shù)為0.1NA

C.(2021年廣東卷)1L0.1mol·L－1的鹽酸含有陰離子總數(shù)為2NA

D.(2021年河北卷)1L1mol·L－1溴化銨水溶液中與H＋離子數(shù)之和大于NA

解析酸性K2Cr2O7溶液中存在以下平衡反應(yīng):含Cr元素微粒有,則1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數(shù)應(yīng)小于0.1NA,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.選項(xiàng)B 未給出0.1 mol·L－1HClO4溶液的具體體積,無法計(jì)算,錯(cuò)誤.鹽酸為氯化氫的水溶液,氯化氫會全部電離出陰離子Cl－,水會部分電離出陰離子OH－,水的質(zhì)量及電離程度未知,故無法計(jì)算1L0.1 mol·L－1的鹽酸含有陰離子總數(shù),選項(xiàng)C錯(cuò)誤.1L1mol·L－1溴化銨水溶液存在電荷守恒,即c()＋c(H＋)＝c(Br－)＋c(OH－),則物質(zhì)的量也滿足

因?yàn)閚(Br－)＝1L×1mol·L－1＝1mol,所以該溶液中與H＋離子數(shù)之和大于NA,選項(xiàng)D 正確.答案為D.

解題策略該類試題的命題角度主要是考查電解質(zhì)在溶液中的存在形式,絕大多數(shù)需要利用公式cV＝n進(jìn)行解題,具體的表現(xiàn)形式如:弱酸溶液中所含的H＋數(shù)目,弱堿溶液中所含的OH－數(shù)目;強(qiáng)酸弱堿鹽溶液中所含的陽離子數(shù),強(qiáng)堿弱酸鹽溶液中所含弱酸根的離子數(shù)等.解題時(shí)要注意以下幾點(diǎn).

1)“三看”,如圖1所示.

圖1

2)所給條件是否與電解質(zhì)的組成有關(guān),如pH＝3的H2SO3溶液中c(H＋)＝10－3mol·L－1,與電解質(zhì)組成無關(guān);0.05mol·L－1的Ba(OH)2溶液中c(OH－)＝0.1mol·L－1,與電解質(zhì)組成有關(guān).

3)求溶液中所含H、O 原子數(shù)時(shí),不要忽略溶劑水中的H、O 原子數(shù)目.

3 有關(guān)“特殊條件”或“隱含反應(yīng)”分析判斷

例3設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說法正確的是().

A.0.1molCH4與過量Cl2光照下反應(yīng)生成的HCl分子數(shù)為0.4NA

B.(2021年1月浙江卷)CH4和C2H4混合氣體2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)完全燃燒,則消耗O2分子數(shù)目為0.25NA

C.(2021年河北卷)1 mol碘蒸氣和1 mol氫氣在密閉容器中充分反應(yīng),生成的碘化氫分子數(shù)小于2NA

D.(2021年廣東卷)11.2LNO 與11.2LO2混合后的分子數(shù)目為NA

解析0.1 molCH4與過量Cl2在光照條件下反應(yīng)生成多種氯代甲烷的混合物,所以HCl分子數(shù)小于0.4NA,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.CH4和C2H4混合氣體2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的物質(zhì)的量是0.1mol,由于1mol CH4和C2H4完全燃燒消耗氧氣的物質(zhì)的量分別是2mol、3mol,則0.1mol混合氣體完全燃燒消耗氧氣的分子數(shù)目應(yīng)該介于0.2NA和0.3NA之間,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.碘蒸氣與氫氣發(fā)生的反應(yīng)為I2＋H2?2HI,反應(yīng)為可逆反應(yīng),有一定的限度,所以充分反應(yīng),生成的碘化氫分子數(shù)小于2NA,選項(xiàng)C 正確.選項(xiàng)D 未提到具體的溫度、壓強(qiáng)(如標(biāo)準(zhǔn)狀況),故無法計(jì)算11.2L NO 與11.2LO2混合后的分子數(shù)目,錯(cuò)誤.答案為C.

解題策略該類試題是考生容易失分的,因反應(yīng)過程“隱含”著特殊情況,稍不留神就會掉入命題人設(shè)計(jì)的陷阱.因此要識破隱含的可逆反應(yīng),記住反應(yīng)條件、反應(yīng)物濃度變化對反應(yīng)的影響,突破陷阱.常涉及的命題范圍有以下幾點(diǎn).

1)若反應(yīng)為可逆反應(yīng),由于可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底,反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化,如工業(yè)合成氨的反應(yīng)為

2)注意有些物質(zhì)常溫、常壓下以聚合分子形式存在.如:2NO2?N2O4,2HF?(HF)2等含有特殊的轉(zhuǎn)化關(guān)系.

3)注意特殊的反應(yīng)條件,有些反應(yīng)物的濃度不同,反應(yīng)不同.如,銅與硝酸的反應(yīng)、銅與濃硫酸的反應(yīng)、二氧化錳與濃鹽酸的反應(yīng)等.

4)注意有些反應(yīng)的反應(yīng)物用量不同,反應(yīng)不同.如二氧化碳與堿的反應(yīng),碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng),石灰水與碳酸氫鈉的反應(yīng)等.

5)具有特殊結(jié)構(gòu)物質(zhì)的混合物(如一定量的乙炔與苯的混合物)耗氧量的計(jì)算等.

綜上所述,有關(guān)阿伏加德羅常數(shù)的考查涉及的知識面廣,可以橫跨不同的模塊知識,靈活性強(qiáng),考查考生嚴(yán)密的分析計(jì)算能力,預(yù)計(jì)在今后的高考中仍是高頻考點(diǎn),因此在復(fù)習(xí)時(shí)要注意常見的設(shè)陷方式,才能使我們的備考針對性更強(qiáng)而且更為高效.

(完)