高中化学有关金属的计算题的解题方法介绍

高中化学有关金属的计算题的解题方法介绍

　　在化学中经常会出现关于金属的计算题，下面学习啦的小编将为大家带来有关金属的计算题的解题的方法介绍，希望能够帮助到大家。

　　高中化学有关金属的计算题的解题方法

　　一、电子守恒与终态法结合

　　例1.向100 mL水中投入K和Al共15 g，充分反应后，剩余金属为1.8 g

　　(1)计算放出H2多少升(标准状况下)

　　分析：剩余金属1.8 g只可能是Al(因钾要与水反应)，钾与水反应生成 KOH 和H2，KOH 再与 Al 反应(因金属 Al 有剩余，所以生成的KOH完全反应)，

　　2K+2H2O=2KOH+H2↑①

　　2KOH+ 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2 ↑ ②

　　①+②得：2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2 ↑

　　有关系式 金属质量 ～～～ 氢气体积(标准状况下)

　　66 g 44.8 L

　　15-1.8 V(H2)=8.96 L

　　(2)过滤出未反应的金属，向滤液中逐滴加入4 mol/L 的 H2SO4 溶液，生成沉淀的最大值是多少，此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少?

　　解析：据Al守恒有关系式:Al～～～Al(OH)3可计算生成沉淀的质量。 要使生成的沉淀最多，Al3+全部生成Al(OH)3沉淀,溶液中溶质只含K2SO4溶质，据K+与SO42-守恒有关系式：

　　2 K ～～～ H2SO4

　　2 mol 1 mol

　　0.2 mol 4×V(H2SO4)

　　V(H2SO4)=25 mL

　　(3)生成沉淀后，再加入 H2SO4 溶液，使沉淀刚好完全溶解，此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少?

　　解析：沉淀刚好完全溶解时，溶液中只有 K2SO4 和 Al2(SO4)3。

　　由电荷守恒有：2n(SO42-)=3n(Al3+)+n(K+)

　　所以有n(H2SO4 )=3/ n(Al)+1/2n(K)答案为 100 mL

　　例2.将5.1 g镁和铝投入500 mL,2 mol/L 的盐酸中，生成氢气0.5 g，金属完全溶解。再加入 4 mol/L 的 NaOH 溶液。

　　(1)若要使生成的沉淀最多，则应加入NaOH溶液的体积是( )。

　　A . 20 0mL B . 250 mL C. 425 mL D. 560 mL

　　分析：要使生成的沉淀最多，Mg2+和Al3+全部生成 Mg(OH)2 和 Al(OH)3 沉淀,溶液中溶质只含 NaCl，据 Na+ 与 Cl- 守恒有：

　　500×2=4×V(NaOH)

　　所以V(NaOH)=250 mL

　　(2)生成沉淀的质量最多是( )。

　　A. 22.1 g B. 8.5 g C. 10.2 g D. 13.6 g

　　分析：从始态(金属镁和铝)到终态(Mg(OH)2 和 Al(OH)3)沉淀,固体增加的质量为 OH-的质量，只要计算出 OH- 的物质的量即可，而OH- 的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量，因反应中生成氢气0.5 g，所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的2倍，即0.5 mol e质量，答案为D。

　　二、电荷守恒

　　例1.某些化学试剂可用于净水。水处理中使用一种无机高分子，化学式为[Al2(OH)n Clm·yHO]x,式中m等于( )

　　A.3-n B.6-n C.6+n D.3+n

　　解析：由电荷守恒有：3n(Al3+)=n(OH-)+m(Cl-)

　　即3×2=n+m m =6-n

　　例2.非整数比化合物Fe0. 95O具有 NaCl 晶体结构，由于n(Fe):n(O)<1,

　　所以晶体结构存在缺陷，在Fe0. 95O中，+3价的Fe占总铁量的( )。

　　A.10.0% B. 85.0% C. 10.5% D. 89.50%

　　解析：设+3价铁为x mol,依电荷守恒有：3n(Fe3+) + 2n(Fe2+) = 2n(O2-)

　　即：3x + 2(0.95-x)= 2×1 x=0.1

　　+3价的Fe占总铁量的0.1/0.95×100% = 10.5%

　　例3.将 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 三种溶液混合，加H2SO4酸化。测得c(SO42-)=0.105 mol/L,

　　c(Al3+)=0.055 mol,pH=2.0(假设 H2SO4 完全电离为 H+ 和SO42-),则c(K+)为( )。

　　A. 0.045 mol/L B. 0.035 mol/L C. 0.055 mol/L D. 0.040 mol/L

　　解析：因pH=2.0 所以c(H+)= 0.01 mol/L,c(OH-)很小，忽略不计。根据电荷守恒有：c(K+)+ 3c(Al3+)+c(H+)= 2c(SO42-) 解之：c(K+)=0.035 mol/L

　　例4.现有 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 的混合溶液，其中n(SO42-)=2 mol,向混合溶液逐滴加入KOH，使生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗2 mol KOH 溶液，求原溶液中的 K+ 的物质的量?

　　解析：生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗2 mol KOH 溶液，由反应

　　Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O n(Al3+)=n(OH-)/4=0.5 mol

　　设原溶液中的K+的物质的量为n(K+原)，由电荷守恒，对原溶液有

　　n(K+原)+ 3n(Al3+) = 2n(SO42-)①

　　加入2 mol KOH溶液后，由电荷守恒有：

　　n(K+原)+ n(K+加入)= n(AlO2-) + 2n(SO42-)②

　　由Al元素守恒有：n(Al3+) = n(AlO2-) ③

　　联立①②③解得：n(K+原)=2.5 mol

　　三、综合应用

　　例7：常温下由HCl、MgCl2 、AlCl3组成的混合溶液1.0 L,其物质的量浓度分别为0.1 mol/L、

　　0.1 mol/L、1.2 mol/L。

　　(1)已知溶液中的c(Mg2+)与溶液pH的关系为：lg c(Mg2+)=17-2pH

　　向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9 能否析出Mg(OH) 2沉淀?

　　解析：将pH=9带入lg c(Mg2+)=17-2pH 计算出c(Mg2+)=0.1 mol/L

　　所以不能析出Mg(OH)2沉淀。

　　(2)向混合溶液中加入NaOH容液，溶液中AlO2- 随pH 变化如下表：

　　试写出碱性条件下AlO2- 与PH的关系式：

　　解析：常温下pH=8时，c(H+)=10-8 mol/L c(OH-)=10-6 mol/L

　　c(AlO2-)=10-3 mol/L

　　pH=9时，c(H+)=10-9 mol/L c(OH-)=10-5 mol/L c(AlO2-)=10-2 mol/L

　　pH=10时，c(H+)=10-10 mol/L cOH-)=10-4 mol/L c(AlO2-)=10-1 mol/L

　　pH=11时，c(H+)=10-11 mol/L c(OH-)=10-3 mol/L c(AlO2-)=100 =1 mol/L

　　不难发现 c(OH-)=10-3 C(AlO2-) ①

　　因为c(OH-)=Kw/ C(H+)=10-14/ c(H+) ②

　　由pH= -lg c(H+)有c(H+)=10-pH ③

　　联立①②③有：c(AlO2-) = 10pH-11(提示：关系式是否正确，可带入检验)

　　(3)向混合溶液中加入NaOH容液，使溶液的pH=11，需要加入NaOH g(忽略溶液的体积变化)

　　解析：(方法一) 中和盐酸消耗NaOH的物质的量为0.1 mol,

　　因pH=11，沉淀Mg2+消耗NaOH的物质的量为0.2 mol,

　　pH=11时，c(AlO2-) = 1 mol/L, n(AlO2-)=1 mol 因为溶液呈碱性，所以Al3+不能大量共存，由Al元素质量守恒有：nAl(OH)3=n(Al)- n(AlO2-),nAl(OH)3 =0.2 mol 1 mol Al3+转化为 AlO2- 需要4 mol OH-,0.2 mol Al3+ 转化为 Al(OH)3 需要0.6 mol OH- ，所以需要加入NaOH的物质的量为:

　　n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol m(NaOH)=196 g

　　(方法二)pH=11时，溶液中溶质为 NaCl 和 NaAlO2 溶液，由质量和电荷守恒有：

　　n(Na+) = n(AlO2-) + n(Cl-) 而n(Cl-) = 0.1+0.1×2+1.2×3=3.9 mol

　　n(AlO2-) = 1 mol 所以 n(NaOH)= n(Na+)=4.9 mol m(NaOH)=196 g

　　从这里读者不难发现用守恒法的好处!

　　实战演戏:

　　1.向一定量的Fe、FeO 和 Fe2O3 的混合物投入100 mL 浓度为1 mol/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL(标准状况)的气体，所得溶液中，加入KSCN溶液无血红色出现，若用过量的CO在高温下还原相同质量的混合物，能得铁的质量为( )。

　　A. 11.2 g B. 5.6 g C.2.8 g D. 无法计算

　　2.向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100 mL 浓度 2.2 mol/L 的硫酸溶液中，充分反应后生成896 mL 标准状况下的气体，得不溶物1.28 g,过滤后，溶液中阳离子只有Fe2+。向滤液中加入2 mol/L 的NaOH溶液，加至40 mL 时开始出现沉淀，则滤液中FeSO4 的物质的量浓度为(设滤液体积为100 mL( )。

　　A . 2 mol/L B. 1.8 mol/L C. 1.9 mol/L D. 无法计算

　　3.将4.6 g Cu 和 Mg 完全溶于浓硝酸溶液中，反应中硝酸的还愿产物为 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4 气体(标准状况下),反应后的溶液中,加入过量NaOH溶液,生成沉淀的质量为 ( )。

　　A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g

　　4.将10.2 g 的镁和铝投入 1000 mL 浓度为2 mol/L 的盐酸中，金属完全溶解;再加入4 mol/L 的NaOH溶液，若要使生成的沉淀最多，则应加入NaOH溶液的体积是( )。

　　A.100 mL B.700 mL C.600 ml D.500 mL

　　5.一定量的 Fe 和 Fe2O3 的混合物投入250 mL 浓度为2 mol/L 的硝酸溶液，反应完全后，生成1.12 L NO气体(标准状况下)，再加入1 mol/L 的 NaOH 溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加 NaOH 溶液的体积最少为( )。

　　A. 450 mL B. 500 mL C. 400 mL D. 不能确定

　　参考答案：

　　1.提示：反应后的溶液溶质只有FeCl2，所以n(Fe)= n(Fe2+)=1/2(Cl-) 选C

　　2.加至40 mL 时开始出现沉淀时，溶液中溶质只有 FeSO4 和 Na2SO4 时,依据S元素守恒有 n(FeSO4) = n(H2SO4)-n(NaSO4)

　　选 B

　　3.提示：从始态(金属镁和铜)到终态(Mg(OH)2 和 Cu(OH)2)沉淀,固体增加的质量为 OH- 的质量，只要计算出 OH- 的物质的量即可，而 OH- 的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量.转移的电子的物质的量等于氮元素得电子的物质的量,选 B

　　4.提示：Mg2+ 和Al3+ 全部沉淀,，溶液中只含 NaCl 溶质，选D

　　5.提示：铁元素完全沉淀下来，溶液中溶质为 NaNO3，依据氮元素守恒计算，选A

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