化学中的平衡问题,是一类理化综合性题,它涉及到物理上的等臂杠杆,又涉及到化学中的化学反应。出题的意图是利用化学反应而引起的左右两端物质质量的变化,让学生分析平衡的变化,或者是有平衡的变化让学生分析物质质量的变化,从而来考查学生分析问题解决问题的能力,逻辑思维能力,理解能力和对基本化学知识的掌握情况。
解决这一问题的关键,是要弄清楚杠杆左右两端质量是如何变化的,根据条件找出两边物质质量的变化关系,有时还要正确分析受力问题。
学生解决这一问题常出错的原因:⑴有关的化学反应没有掌握好;⑵有一端质量变化不会推导另一端质量是如何变化的,不会找两端质量变化的联系;⑶没有考虑到左右两端能否完全反应,因此,导致两端质量变化分析有误;⑷审题不细心,考虑不全面,在解题过程中漏条件,导致分析错误。
下面分别举例分析几种平衡问题的解题思路和方法。
例1、在天平的两个托盘上各放一只烧杯,烧杯中都盛有足量的盐酸,此时天平保持平衡。如果一边投入少许锌粒,另一端投入相同质量的铁粉,两者都完全溶解后,天平指针将﹙﹚
A﹑偏向放锌的一边B﹑不发生偏转C﹑偏向放铁粉的一边D﹑无法判断
思路分析:两只烧杯中分别加入等质量的锌粒和铁粉,两边都会产生氢气,指针是否偏转,关键是看两边产生氢气的多少。产生氢气多的一边质量减少的多,产生氢气少的一边质量减小的少,由于等质量的锌粒和铁粉与盐酸反应,铁粉产生的氢气多,故这边减少的多,这边轻而加锌粒的一边重,指针偏向放锌粒的一边,答案选A
例2﹑在托盘天平的两个托盘上的烧杯里,放入含纯硫酸9﹒8克的稀硫酸100克,再向两个烧杯中放入一定质量的铁片和锌粒,通过计算回答。
⑴为保持天平平衡,至少加入锌粒铁片的质量是多少?
⑵如果反应后的酸有剩余,所加锌与铁的质量少于上述中的质量,天平能否平衡,若不平衡,天平指针偏向那边。
思路分析:⑴本题是有平衡问题推导两边所加物质质量的问题,是上一题的逆向思维。根据题意要保持天平平衡,加入铁和锌的质量一定相等,且生成氢气的质量也要相等,故加入铁、锌的质量相等且把酸反应完,酸反应完了产生的氢气也相等。⑵如果酸有剩余,加入锌铁的质量相等,且少于上述质量,则锌、铁完全反应,由于铁的相对原子质量小,产生的氢气多,结果铁一端就变轻,指针偏向锌。
解:⑴设使9﹒8克硫酸完全反应需要锌的质量为x,需要铁的质量为y。
Zn﹢H2SO4=ZnSO4﹢H2↑
6598
x9.8克
﹦x﹦﹦6.5克
Fe﹢H2SO4=FeSO4﹢H2↑
5698
y9.8克
﹦y﹦﹦5.6克
答:⑴至少应加锌粒和铁片的质量都是6.5克,才能使硫酸完全反应,生成等质量的氢气
天平才会平衡。
⑵天平指针偏向加锌的一边。
例3﹑天平两边托盘内各放一只相同的烧杯,烧杯内各盛足量的盐酸,若烧杯甲中放入5.6克铁,在烧杯乙中加入一定量的碳酸钙,充分反应,天平两边仍平衡,则所加碳酸钙的质量为﹙﹚
A﹑5.6克B﹑5.4克C﹑9.64克D﹑10克
思路分析:由题意知,酸足量,则加入固体都能完全反应,要想天平平衡,则两边纯增加质量必须相等,即:5.6克铁减去生成氢气的质量等于碳酸钙的质量减去生成二氧化碳的质量,通过这一等量关系求解碳酸钙的质量。
解:设5.6克铁完全反应生成氢气的质量为x,向乙烧杯中加入碳酸钙的质量为y。
Fe﹢2HCl=FeCl2﹢H2↑
562
5.6克x
﹦x﹦﹦0.2克
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