讨论时应注意量
添加时间: 2006-5-26 3:25:12 作者: 化学参考 阅读次数:199 来源: http://www.d9soft.com
例1 市场出售的热水器分为以天然气(CH4)和液化石油气(C3H8、C4H10)为燃料的两种，其设备不同点主要是控制CH4和C3H8(C4H10)与空气的相对量；以汽油(C7H16、C8H18)和柴油(C17H36)作为动力源的汽车设备，不同之一在于控制燃料和空气的相对量。顺便提及，以柴油为燃料的汽车在急刹车时释出明显量黑烟就是燃烧不完全的明证。天然气等燃烧时的耗O2量极易计算。
有机物完全燃烧成CO2和H2O反应中，1molC需1molO2，2molH需0.5molO2，若有机物中有O原子，则应扣除所需O2中的相应O量。其关系列于下面
烷CnH2n+2 1mol燃烧需(1.5n＋0.5)molO2
烯、环烷、CnH2n及醇CnH2n+2O，1mol需1.5nmolO2
炔、C2H2n-2及醛、酮CnH2nO，1mol需(1.5n－0.5)molO2
羧酸CnH2nO2，1mol燃烧需(1.5n—1.0)molO2
1molCH4、C4H10充分燃烧需2、6.5molO2，空气量(按含20％O2计)为10mol、33mol，两者需O2比例为2∶6.5，可见热水器用错了燃料或是空气大过量或是空气不足。
汽油和柴油(按C8H18及C17H36计)相对耗空气量之比为12.5∶26.0，由于种种原因，燃料往往燃烧不完全及在高温下N2和O2生成NO等原因，实际氧气与燃料之比要低于理论值。总之，某种汽车必须用相应的燃料。
上例表明：并不只是在计算题中才有量的关系，实际上量的因素总是存在的。
例2 泡沫灭火剂所用的主要试剂是饱和NaHCO3(～1mol/l)和饱和Al2(SO4)3(～1mol/l)。因1molAl2(SO4)3中有2molAl，以及反应式为
Al3++3HCO-3→Al(OH)3+3CO2
所以1molAl2(SO4)3需和6molNaHCO3反应，所以把饱和Al2(SO4)3液置于灭火器内小玻璃桶里，而饱和NaHCO3液置于大桶内，使用时倒置，两者立即反应，生成的CO2把带有Al(OH)3的泡沫(压出)喷到着火物上。
有人建议：能否使用价格较低的Na2CO3代替NaHCO3(若Na2CO3浓度也是1mol/l，用量同NaHCO3量)。因为反应式是
2Al3++3CO2-3+3H2O→2Al(OH)3+3CO2
和等量Al3+作用(生成CO2)，Na2CO3量(mol)仅为NaHCO3的一半。如若按Na2CO3的浓度和溶液体积均和NaHCO3相同计，则将发生下列反应
2Al3++6CO2-3+3H2O→2Al(OH)3+3HCO-3
起不到因生成CO2把Al(OH)3泡沫压出的作用。
上述反应实际上是双水解作用，可认为是Al3+使CO2-3→HCO-3→H2CO3。现Al3+和CO2-3的用量同前，所以Al3+只能使CO2-3→HCO-3，而得不到CO2。从摩尔的量出发考虑上述问题，只要进行估量就可以了。
例3 某温度、某压力下取3份等体积的某种无色气体，于25、80及90℃测得其摩尔质量依次为58.0、26.0及20.0g/mol。于25、80及90℃下各取1升该无色气体(p相同)分别溶于10升水均成酸性液。问无色气体为何物？各温度下摩尔质量不同的原因是什么？三份水溶液的浓度是否相同？
简答 因溶液显酸性，所以必含氢，90℃时摩尔质量为20.0g/mol，无色气体必为HF。80℃时摩尔质量为26.0g/mol，表明是HF和(HF)n的混合物，n≥2是确定无疑的；58.0g/mol(25℃)表明是(HF)n和HF或(HF)n和(HF)n+1的混合物，虽不知道n、m的确切值，但知(m＋n)≥3。常态下，因1升气体(仅廿几分之一摩尔)溶解后成10升水液(为几百分之一的mol/1)必为稀溶液，溶质不可能有明显的聚合态，所以三种溶液的浓度不可能相同，c(25℃)最大，c(90℃)最小。
例4 两只带玻璃塞的锥形瓶(250ml)中分盛Cl2(常温、常压)和底部有一层液态Br2(4ml)，再各放入一块没有表面膜的铝块(1g)，迅速塞紧塞子。请说出并比较两瓶中所发生的现象和最终结果［原子量：Cl35.5，Br80.0，Al27.0；密度：Cl2(g)2.96g/l，Br2(l)3.2g/cm3］。
简答 250ml锥形瓶中Cl2为0.25×2.96/71.0=0.01mol，1gAl相当于1.0/27=0.035mol，4mlBr2则为4×3.2/160=0.08mol。铝和卤素反应式
2Al＋3X2→2AlX3
即0.035molAl需0.053molX2。就是说，250mlCl2为不足量，4mlBr2为过量。实验现象将是：Al和Cl2的反应速度相对于Br2是液体(其浓的程度远远大于气体)而言是比较慢的。此外，还会有Br2蒸气挥发。
例5 3份质量相同的NaOH(固)。第一份用赶掉CO2的蒸馏水溶解后用HCl液滴定，耗体积为V1；第二份用未赶过CO2的蒸馏水溶解后用HCl液滴定，耗体积为V2；第三份在空气中放置一段时间(如15min)，同第二份操作，耗HCl体积为V3。
①若3种溶液的体积相同，则NaOH浓度c1、c2、c3关系如何？
②若滴定反应以甲基橙为指示剂，其V1、V2、V3间关系如何？
③若以酚酞为指示剂，V1、V2、V3的关系又如何？
简答①可认为按第一种方法制得的是较纯NaOH液；第二种方法配成的溶液中含少量CO2-3，第三种溶液中有较多的CO2-3，所以c1＞c2＞c3。
②以甲基橙为指示剂时，H+使OH-→H2O，CO2-3→H2CO3。CO2溶解时CO2+2OH-→CO2-3+H2O，而后滴定时1molCO2-3消耗2molH+。从总结果看2molH+消耗了2molOH-，所以V1=V2=V3。
③以酚酞为指示剂时，滴入的H+能使OH-→H2O，CO2-3→H2CO3，所以V1＞V2＞V2。
例6 用HNO3溶解金属，因初始HNO3浓度不同而被还原为NO2、NO。如用HNO3溶解Ag制备AgNO3的第一步反应
Ag＋2HNO3→AgNO3＋NO2＋H2O
3Ag＋4HNO3→3AgNO3＋NO＋2H2O
用略稀一些的酸，其利用率较高，3Ag∶4HNO3≈1∶1.3，而Ag∶2HNO3=1∶2。又在反应进行的过程中，HNO3的浓度逐渐下降，反应速度随之减慢。综合考虑HNO3浓度和用量及反应速度的关系，目前国内生产用的起始HNO3浓度为50—60％。
以上举了6个实例，无非想说明，带着量的观点讨论问题很有必要(不论问题中是否有量的明确提示)。
注意了量，对某些问题的判断大为有利。如浓度改变将对平衡产生影响。有两种方法来改变某物的浓度：其一是把物质的浓度(或压力)配得浓些或稀些，在绝大多数情况下，浓稀差值为2个数量级，通常改变1个数量级；其二是使某物发生酸碱反应(如加酸与NH3反应)、沉淀反应(加Ag+使Cl-沉淀)、氧化还原反应(加KMnO4以氧化Cl-)、络合反应(加NH3·H2O以络合Ag+)，则各该物质浓度的改变值将远远超过2个数量级。因此在用后四种平衡来改变物质浓度时常出现：原先能进行的反应变得困难了，原先不易进行的反应变得能够进行。Fe3+氧化I-成Fe2+和I2是读者熟悉的事实，加大Fe3+或(和)I-的浓度均有利于正向反应，加大Fe2+则有利于逆向反应，由于这些物质浓度的改变值只有1个数量级，促进或抑制正反应倾向均有限。若往平衡体系中加足量F-，因生成稳定无色的FeF3(β3～1012)，则c(Fe3+)明显下降，使平衡向左移动，结果是看不到I2的颜色；ClO-3和Cl-间反应因加入强酸(H+)得以进行，SO2-3和S2-也要在酸性(H+)环境中才能生成S。把溶液的pH由8变成0(改变了8个数量级)，可观察到Cl2和S的生成。如果不注意量，那就很难说清楚为什么有时改变浓度能起作用，而有时改变浓度却不起作用。
化学发展进程中，“量”的作用很大。如1927年Heitler和London根据简单的物理模型，算出H2共价键的键能仅为实验值的70％(现在计算值已达90％以上)。虽然相差了30％，但却给1916年Lewis共价键理论论点建立了可靠的量子力学基础，对原子价概念的阐明是一个伟大贡献。
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