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    運(yùn)用圖像解決中考等質(zhì)量酸與兩種等質(zhì)量金屬反應(yīng)問(wèn)題

    2022-03-12 09:50:00荊曉冰
    數(shù)理化解題研究 2022年5期
    關(guān)鍵詞:原子質(zhì)量天平燒杯

    荊曉冰

    (山東省膠州市第十中學(xué) 266300)

    在等質(zhì)量酸與兩種等質(zhì)量金屬反應(yīng)的問(wèn)題中,涉及到酸過(guò)量、兩種金屬均過(guò)量或僅一種金屬過(guò)量的情況.大部分初中生抽象概括能力較弱,僅靠化學(xué)方程式進(jìn)行思考,難以梳理清楚,理解的學(xué)生很多也存在只可意會(huì)不可言傳的狀況,因此,大多數(shù)學(xué)生做這類題就會(huì)產(chǎn)生恐懼心理,未審題就已經(jīng)放棄.針對(duì)在做這類題型時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題,總結(jié)出以下方法,此方法適用于此類所有題型,便于學(xué)生理解反應(yīng)實(shí)質(zhì),并且能夠讓學(xué)生舉一反三.

    1 解題方法

    為方便理解該方法的使用,以下圖像和題目中的金屬均以鋅和鐵為例.

    1.1 理解四類基礎(chǔ)反應(yīng)情況的圖像

    (1)等質(zhì)量的鋅和鐵分別與足量的酸反應(yīng)時(shí),以反應(yīng)時(shí)間為橫坐標(biāo),以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因?yàn)殇\的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng),所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前,同樣時(shí)間下,鋅先反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量;根據(jù)計(jì)算,相對(duì)原子質(zhì)量越小,同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多,因此鐵最終產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于金屬鋅,如圖1所示.

    圖1

    (2)等質(zhì)量的鋅和鐵分別與足量的酸反應(yīng)時(shí),以酸的質(zhì)量為橫坐標(biāo),以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).從橫坐標(biāo)看,前期金屬對(duì)于酸是過(guò)量的,兩種金屬產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量均是根據(jù)酸的質(zhì)量計(jì)算,因此前期產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量在一條直線上;根據(jù)計(jì)算,相對(duì)原子質(zhì)量越小,同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多,因此鐵最終產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于金屬鋅,如圖2所示.

    圖2

    (3)等質(zhì)量的酸分別與足量的鋅和鐵反應(yīng)時(shí),以反應(yīng)時(shí)間為橫坐標(biāo),以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).因?yàn)殇\的金屬活動(dòng)性比鐵強(qiáng),所以在其中一種金屬反應(yīng)完之前,同個(gè)時(shí)間下,鋅先反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量大于鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量;因?yàn)閮煞N金屬是過(guò)量的,酸最終是不足的,最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量,是根據(jù)酸的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算,因此兩種金屬最終氫氣產(chǎn)生質(zhì)量相等,如圖3所示.

    圖3

    (4)等質(zhì)量的酸分別與足量的鋅和鐵反應(yīng)時(shí),以金屬的質(zhì)量為橫坐標(biāo),以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo).從橫坐標(biāo)看,前期酸對(duì)于金屬是過(guò)量的,根據(jù)計(jì)算,相對(duì)原子質(zhì)量越小,同等質(zhì)量的金屬產(chǎn)生的氣體越多,所以在達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前加入同等質(zhì)量的金屬鐵產(chǎn)生的氫氣一直高于金屬鋅;因?yàn)閮煞N金屬是過(guò)量的,酸最終是不足的,最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量,是根據(jù)酸的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算,因此兩種金屬最終氫氣產(chǎn)生質(zhì)量相等,如圖4所示.

    圖4

    1.2 具體解題流程

    以上四幅圖均為酸過(guò)量或者金屬過(guò)量的情況,但不論是哪類物質(zhì)過(guò)量,兩個(gè)反應(yīng)中所加入的酸與金屬的質(zhì)量分別是等量的.由此可知,在題干給出分別加入等質(zhì)量的酸與等質(zhì)量的金屬反應(yīng)的題型中,就要結(jié)合所給信息判斷應(yīng)該是酸過(guò)量還是金屬過(guò)量了,是一種金屬過(guò)量了,還是兩種金屬均過(guò)量了.圖4表示的內(nèi)容即為向等量的酸中逐漸加入等質(zhì)量的金屬,直至加到兩種等質(zhì)量的金屬對(duì)于酸均過(guò)量.

    第一步,按等質(zhì)量酸加入等質(zhì)量且足量金屬,以金屬的質(zhì)量為橫坐標(biāo),以產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量為縱坐標(biāo)的情況畫(huà)出坐標(biāo)圖,并如圖5所示,將反應(yīng)過(guò)程分成三部分.

    圖5

    第二步,確認(rèn)圖像每部分含義.①范圍內(nèi)(不含交界點(diǎn)),酸對(duì)于兩種金屬均為過(guò)量,因此根據(jù)計(jì)算,這部分產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量是相對(duì)原子質(zhì)量越小的金屬產(chǎn)生氣體越多;①和②兩部分的交界點(diǎn),相對(duì)原子質(zhì)量較小的金屬恰好和酸反應(yīng)完,相對(duì)原子質(zhì)量較大的金屬隨著金屬的繼續(xù)加入,繼續(xù)產(chǎn)生氫氣;②范圍內(nèi)(不含交界點(diǎn)),相對(duì)原子質(zhì)量較小的金屬相對(duì)酸已過(guò)量,產(chǎn)生氣體多,相對(duì)原子質(zhì)量大的金屬相對(duì)酸量不足;②和③兩部分交界點(diǎn),相對(duì)質(zhì)量較大的金屬恰好和酸反應(yīng)完,兩種金屬產(chǎn)生氣體質(zhì)量達(dá)到相等;③范圍內(nèi)(不含交界點(diǎn)),兩種金屬相對(duì)酸均已經(jīng)過(guò)量,因此產(chǎn)生氣體的質(zhì)量均根據(jù)酸的質(zhì)量計(jì)算,因此氫氣質(zhì)量不再隨著金屬的加入而改變,一直保持相等.

    第三步,根據(jù)圖像和題干,確認(rèn)氣體產(chǎn)量,判斷是酸剩余還是金屬剩余,金屬剩余是剩余的哪種金屬.

    2 例題解析

    下面以三個(gè)例題和兩個(gè)變式,具體解析該法如何應(yīng)用.

    例1如圖6在托盤(pán)天平兩邊各放一只燒杯,調(diào)節(jié)至平衡,再向兩只燒杯中各注入相同質(zhì)量、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸,然后分別向左右燒杯中投入相同質(zhì)量的鋅粒和鐵粒,天平指針的可能指向是( ).

    圖6

    ①分度盤(pán)的左邊 ②分度盤(pán)的中間 ③分度盤(pán)的右邊

    A.① B.② C.①② D.②③

    解析為方便計(jì)算,假設(shè)兩個(gè)燒杯中稀硫酸質(zhì)量均為98g,向其中不斷加入等質(zhì)量的鋅和鐵,根據(jù)56g鐵就可消耗完98g酸產(chǎn)生2g氫氣,65g鋅才能消耗98g酸產(chǎn)生2g氫氣,畫(huà)出圖5.根據(jù)圖5可以看出,當(dāng)加入的兩種金屬質(zhì)量在①范圍內(nèi)時(shí),鐵產(chǎn)生氣體多于鋅,所以天平左側(cè)重;當(dāng)在②的范圍內(nèi)時(shí),依舊鐵產(chǎn)生氣體多于鋅,天平左側(cè)重;從②與③交界處之后部分,不管鐵和鋅加多少,產(chǎn)生氣體量相同,所以天平平衡.因此,答案選C.

    例2如圖7在天平的左右兩個(gè)托盤(pán)上,各放一質(zhì)量相等的燒杯,其中盛有等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸,天平平衡,如果分別將下列四組中的兩種物質(zhì)放入左右兩個(gè)燒杯內(nèi),充分反應(yīng)后,天平仍保持平衡的是( ).

    圖7

    A.等質(zhì)量的鋅和銅

    B.等質(zhì)量的鋅和鐵(反應(yīng)后燒杯內(nèi)酸都有剩余)

    D.等質(zhì)量的鋅和鐵(反應(yīng)后燒杯中兩種金屬均有剩余)

    D.等質(zhì)量的鋅和鐵(鋅完全反應(yīng),鐵有剩余,兩燒杯內(nèi)的酸均完全反應(yīng))

    解析A選項(xiàng)錯(cuò),銅不與稀硫酸反應(yīng),天平不可能平衡;B選項(xiàng)錯(cuò),等質(zhì)量的兩杯酸中加入等質(zhì)量的金屬,只有產(chǎn)生氣體相同時(shí),兩側(cè)燒杯才能保持平衡.根據(jù)圖5可以看出,從②與③交界處往后,兩種等質(zhì)量金屬產(chǎn)生氣體質(zhì)量相同,其中鐵在①與②交界處恰好把酸反應(yīng)完,酸不再有剩余,鋅在②與③交界處恰好把酸反應(yīng)完,酸不再有剩余,也就是從②與③交界處往后,燒杯內(nèi)均無(wú)酸剩余,C選項(xiàng)正確,所加兩種金屬質(zhì)量范圍從③往后,兩個(gè)燒杯酸均已反應(yīng)完,反應(yīng)后燒杯中兩種金屬均有剩余;D選項(xiàng)正確,當(dāng)兩種金屬所加質(zhì)量是②與③交界處,鋅恰好完全反應(yīng),而鐵從①與②交界處往后就開(kāi)始有剩余,兩燒杯內(nèi)的酸均完全反應(yīng).

    例3在已調(diào)平的托盤(pán)天平兩盤(pán)各放一只等質(zhì)量的燒杯,向燒杯中各加入質(zhì)量相等、質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相等的稀硫酸,然后在左右兩盤(pán)的燒杯中分別放入等質(zhì)量的鋅粉和鐵粉.下列現(xiàn)象不可能觀察到的是( )

    A.天平指針最終偏向放鋅粉的燒杯一邊

    B.天平指針開(kāi)始偏向放鐵粉的燒杯一邊

    C.只有鐵粉有剩余

    D.只有鋅粒有剩余

    解析A選項(xiàng)錯(cuò),由圖5可知,所加兩種金屬質(zhì)量范圍在②與③交界處之前鐵產(chǎn)生氣體多,天平指針應(yīng)偏向鋅,在②與③交界處之后產(chǎn)生氣體量相同,天平平衡;B選項(xiàng)錯(cuò),根據(jù)金屬活動(dòng)性鋅大于鐵,開(kāi)始時(shí)鋅反應(yīng)快,產(chǎn)生氣體多,所以開(kāi)始時(shí),天平指針應(yīng)偏向鐵;C選項(xiàng)錯(cuò),D選項(xiàng)正確,鐵從①與②交界處往后就開(kāi)始有剩余,鋅是從②與③交界處往后才開(kāi)始有剩余,所以可能出現(xiàn),只有鐵粉剩余或者兩種金屬均有剩余.

    以上6個(gè)題目均為向等質(zhì)量的酸中加入等質(zhì)量的金屬常見(jiàn)題型,根據(jù)畫(huà)圖的方法,確認(rèn)每部分含義后,學(xué)生可以準(zhǔn)確的判斷出反應(yīng)所在階段,明確氣體產(chǎn)量以及酸與金屬誰(shuí)有剩余,該方法便于學(xué)生理解,給學(xué)生一定的解題思路,讓學(xué)生不在只可意會(huì)不可言傳,同時(shí)也避免了僅根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行分析時(shí)的失誤.

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