专题8天平平衡问题及计算

1 一、天平平衡问题及计算【例 1】托盘天平两边放置等质量、等质量分数的稀硫酸、稀盐酸的烧杯，调节天平平衡，在两边分别加入等质量的铁粉，若天平仍保持平衡,则反应物中一定没有剩余的是；一定有剩余的是；可能有剩余的是；若天平推动平衡,则指针偏向盛有(填硫酸或盐酸 )的一边。【分析】若使天平两端仍然保持平衡，则两端质量的净变化量（增重或减轻）应相等。本题中，天平两端产生的氢气质量应相等，因此两边的铁粉都已反应完，没有剩余；由方程式计算可知，此时反应消耗的硫酸的质量比盐酸的质量大，因此盐酸一定有剩余，而硫酸可能有剩余。若天平不平衡，说明两边产生的氢气量不等，两边的铁就一定不会都反应完或者都没反应完，因此两边的酸可能都反应完了或者有一种已反应完，计算可知，此时盐酸反应产生的氢气多，指针就会偏向放出氢气少的那一边，即硫酸那边。【例 2】已调节平衡的托盘天平，两盘各放一个盛有等质量，等质量分数的足量的稀盐酸的烧杯， 现在向左盘的烧杯中投入2.4g 的镁， 为了使天平保持平衡，应分别向右盘加入以下物质的质量各为多少？炭粉，铜银合金，铁粉，碳酸钙粉末。【解析】左盘加入2.4g 镁后产生了0.2g 氢气，因此左盘的净增重为2.2g，欲使天平两边仍保持平衡，右盘的净增重也必须为2.2g。由于炭粉、铜银合金不反应，因此只要直接加入 2.2g 就行了。而铁粉、碳酸钙粉末能与稀盐酸反应产生气体，因此加入的铁粉、碳酸钙粉末的质量减去产生的气体的质量应当为2.2g，依次解得铁粉、碳酸钙粉末的质量分别为2.28g、3.93g。【课堂练习1】在已调好零点的天平两边的托盘里，各放一质量相同的烧杯，烧杯中分别盛放质量分数相同、质量相同的稀硫酸，向左边烧杯中加mg 锌，向右边烧杯中加mg 铁，当反应停止后 （1）若天平保持平衡，且指针仍在“ 0” 点，则a.反应物中什么物质一定没有剩余？b.什么物质一定有剩余？c.什么物质可能有剩余？（2）若天平两端失去平衡，则一定是盛放的托盘一端下沉。【课堂练习2】在已调平衡的托盘天平两边各放一个等质量的烧杯，向烧杯中各倒入质量相等、质量分数也相等的足量的稀硫酸，分别在左、右两盘的烧杯中同时放入等质量的金属粉末X、Y。观察到从反应开始后至反应结束托盘天平的指针始终偏向左边。则金属 X、Y 分别是（）AX ：Al Y：Fe BX ：Zn Y：Fe CX ：Zn Y：Al DX ：Fe Y：Zn 二、混合物中某物质含量的测定：【例 3】某纯碱样品中含有少量氯化钠，现欲测定其中碳酸钠的质量分数，进行如下实2 验：实验原理： Na2CO3十 H2SO4=Na2SO4H2O CO2通过实验测定反应产生的二氧化碳的质量，即可求得原样品中碳酸钠的质量，进而求得碳酸钠在样品中的质量分数。实验装置如右图：实验步骤：如图连接装置（除B、C 外）并加入所需药品。称量并记录B 的质量（m1） 。 （称量时注意封闭B的两端。）按动鼓气球，持续约1 分钟。连接上B、 C。打开分液漏斗F的活塞，将稀硫酸快速加入D中后，关闭活塞。按动鼓气球，持续约 1 分钟。称量并记录B的质量（ m2） 。 （称量时注意封闭B的两端及E右端的出口。 ）计算。（1）已知碱石灰的主要成分是氢氧化钙和氢氧化钠，则干燥管A 的作用是，干燥管 C的作用是，E装置的作用是。步骤中鼓气的目的是；步骤中鼓气的目的是。（2）若所取样品的质量为5g，为确保实验顺利进行，分液漏斗F 中至少要盛放10的稀硫酸（ =1.07g/mL ） mL，若 m1为 51.20g ，m2为 53.18g ，样品中碳酸钠的质量分数为。【解答】（1）A 的作用是除去空气中的酸性气体（或CO2） ，C 的作用是防止空气中的二氧化碳和水分进入B 装置， E 的作用是除去二氧化碳中的水分。步骤中鼓气的目的是排尽装置中的二氧化碳；步骤中鼓气的目的是使反应产生的二氧化碳能全部被碱石灰吸收。（2）43.2mL，95.4%【课堂练习3】味精是厨房中一种重要的调味品，其中主要含谷氨酸单钠和食盐，标准规定“谷氨酸单钠含量80% ，NaCl 含量”才符合标准。某学生欲测定某牌号的袋装味精中食盐的含量。（1）下面是该学生所做的有关实验步骤，请填写所缺少的实验步骤和。称取某牌号的袋装味精样品5.0g ，并溶于蒸馏水；过滤；将沉淀烘干、称量，测得固体质量为2.9g 。（）根据上述实验步骤回答下列有关问题：过滤操作所需要的玻璃仪器有；怎样检验溶液中NaCl 是否沉淀完全；检验沉淀是否洗净的方法是。通过计算此样品是否符合产品标示的质量分数（填 “符合”或 “不符合”） 。【课堂练习4】氨气是一种有强烈刺激性气味的气体，不宜直接排放到大气中。实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的相对原子质量。已知：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O 3 2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4试回答：（1）如果选用测定反应物 CuO 和生成物 H2O 的质量m(CuO) 、m(H2O) ，请用右侧仪器设计一个简单的实验方案。仪器连接的顺序（用字母编号表示，仪器可重复使用）；列出计算Cu 的相对原子质量的表达式；下列情况一定会使测定结果偏大的是（a）CuO 未全部还原为Cu (b) CuO 受潮(c) CuO 中混有 Cu （2）如果仍采用上述仪器装置，其他方案可选用测定的物理量有(a) m(CuO) 和 m(Cu) (b) m(N2)和 m(H2O) (c) m(Cu) 和 m(H2O) (d) m(NH3)和 m(H2O) 【课堂练习5】某同学利用日常生活中常见的用品制作了一套如图装置，用该装置对粗锌样品进行实验。请帮助完成下列实验报告。（一）实验目的：测定。（二）实验用品：托盘天平、药水瓶、铜网、铜丝、饮料瓶。粗锌、稀盐酸、碱石灰（CaO 和 NaOH） 。（三）实验步骤实验内容和步骤实验现象结论（或化学方程式）称量10.0g 粗锌放在铜网中，按图示装置组装后，称得仪器和药品总质量为120.0g 将铜网插入足量稀盐酸中，充分反应发生的化学方程式：反应完全后， 称得装置总质量为 119.8g 产生 H2的质量为g。粗锌的纯度为。（四）问题探究：说明：不考虑空气中CO2、和 H2O 对实验的影响。（1）该实验中碱石灰的作用是，若去掉碱石灰，则所测定的粗锌纯度（填“偏大” 、 “偏小”、 “无影响”） 。（2） 若只将粗锌换成石灰石， 原实验方案能否用于石灰石样品纯度的测定（填4 “能”或“不能” ） ，理由是。（3）若将图中药水瓶改成直导管、粗锌换成纯锌，用原方案测定锌的相对原子质量，则结果。 （填“偏大”、 “偏小”、 “无影响”）【课后练习】1、在天平的两盘分别放入质量相等的烧杯,烧杯中各盛100 克 9.8%的硫酸溶液 ,向两个烧杯中同时放入哪组金属,反应终止时天平仍保持平衡( ) A锌、铁各7 克B锌、铁各5 克C锌、铁各4 克D锌、铁各3 克2、在托盘天平的左右两托盘中各放一只烧杯，调节至平衡，向烧杯分别注入等质量、等质量分数的足量的稀硫酸，然后向两只烧杯中分别加入相同质量的镁和铜铝合金，两烧杯中物质完全反应后，天平仍保持平衡，合金中铝与铜的质量比是（）A2:l B 3:1 C3:4 D2:3 3、欲确定某碳酸钠样品（含有少量硫酸钠）中其碳酸钠的质量分数，可进行如下实验：称取样品ag，加水溶解， 在该溶液中加入过量的盐酸使溶液呈酸性，再加入过量氯化钡溶液，过滤、洗涤沉淀，并将沉淀烘干，称量沉淀为bg。请回答：（1）溶液用盐酸酸化的原因是；（2）需要加入过量氯化钡溶液的原因是；（3）检验氯化钡是否加入过量的方法是；（4）计算样品中含Na2CO3质量分数的表达式是。4、为了测定氢氧化钠和碳酸钠固体混合物中碳酸钠的质量分数，甲、乙两位同学分别设计了如下的实验方案：( )甲同学的方案是：将mg 样品溶解，加过量氯化钡溶液，过滤、洗涤、烘干，称得固体 ng。(1)混合物中碳酸钠的质量分数为(用 m、n 表示 ) ，甲同学洗涤沉淀的具体操作是。(2)Ca2+、Ba2+都可以使CO32-沉淀完全，但使用氯化钡溶液比氯化钙溶液所得的结果具有更高的精确度，原因是：；()乙同学的方案如右图所示：(1)根据乙同学的实验装置图分析，按照该同学 的方案进行测定，结果与实际情况存在较大的误差，你认为主要原因可能是(任写 2 个)：。(2)乙同学的方案的装置中存在一定的缺陷，请你提出改进的方法(简单叙述做法，不必画图) 。5 参考答案【课堂练习1】（ 1）a.稀硫酸b.铁c.锌（2）锌【课堂练习2】 C 【课堂练习3】（ 1）滴加足量的AgNO3溶液；洗涤沉淀；（ 2）漏斗、烧杯、玻璃棒； 静置，向上层清夜中再滴加AgNO3溶液，若不在产生沉淀，则已沉淀完全； 取最后一次洗涤的滤液，滴加NaCl 溶液，若无沉淀产生，则已洗涤干净； 根据化学方程式进行计算，由 2.9gAgCl 沉淀质量可求出NaCl 质量为 1.18g，因此 NaCl 的质量分数为23.6%，不符合。【课堂练习4】 （1）b c a c d ； )()(182OHmCuOm 16 ；（a）、（ c）（2）（ a）、（ c）【课堂练习5】（一）粗锌的纯度；（三）实验内容和步骤实验现象结论（或化学方程式）粗锌表面产生气泡发生的化学方程式：Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2产生 H2的质量为0.2 g。粗锌的纯度为65% 。(四) （1）吸收氢气夹带的水分，偏大；（2）不能，因为碱石灰也能吸收二氧化碳；（ 3）偏大。【课后练习】1、A 2、B 3、（ 1）消除碳酸钠（或CO32）对实验测定的干扰；（2）使 SO42沉淀完全；（3）向滤液中滴加Na2CO3溶液或 Na2SO4溶液，若无沉淀产生，则已沉淀完全；（4）1 ab233142×100% 4、（）（ 1）mn197106×100% ，用玻璃棒引流，向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，重复 23 次。（ 2）等量的CO32，产生BaCO3沉淀的质量比CaCO3沉淀的质量大，称量时的误差小。6 （）（ 1）产生的 CO2未能全被碱石灰吸收； 碱石灰吸收了空气中的CO2和水蒸气；（或：稀硫酸中的水和反应生成的水溶解了部分CO2；原装置中的空气中含有CO2，等）（2）在装置的尾部再连接一个干燥装置，以防止空气中的CO2和水蒸气进入现装置而被吸收。