高中化學有關金屬的計算題解題方法
在化學的學習中，會有學習到關於金屬的計算題，這樣的題型學生要怎麼解題呢?下面的小編將為大家帶來有關金屬的計算題的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中化學有關金屬的計算題解法
一、電子守恆與終態法結合
例1.向100 mL水中投入K和Al共15 g，充分反應後，剩餘金屬為1.8 g
***1***計算放出H2多少升***標準狀況下***
分析：剩餘金屬1.8 g只可能是Al***因鉀要與水反應***，鉀與水反應生成 KOH 和H2，KOH 再與 Al反應***因金屬 Al 有剩餘，所以生成的KOH完全反應***，
2K+2H2O=2KOH+H2↑①
2KOH+ 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2 ↑ ②
①+②得：2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2 ↑
有關係式 金屬質量 ～～～ 氫氣體積***標準狀況下***
66 g 44.8 L
15-1.8 V***H2***=8.96 L
***2***過濾出未反應的金屬，向濾液中逐滴加入4 mol/L 的 H2SO4 溶液，生成沉澱的最大值是多少，此時消耗 H2SO4 溶液的體積是多少?
解析：據Al守恆有關係式:Al～～～Al***OH***3可計算生成沉澱的質量。 要使生成的沉澱最多，Al3+全部生成Al***OH***3沉澱,溶液中溶質只含K2SO4溶質，據K+與SO42-守恆有關係式：
2 K ～～～ H2SO4
2 mol 1 mol
0.2 mol 4×V***H2SO4***
V***H2SO4***=25 mL
***3***生成沉澱後，再加入 H2SO4 溶液，使沉澱剛好完全溶解，此時消耗 H2SO4 溶液的體積是多少?
解析：沉澱剛好完全溶解時，溶液中只有 K2SO4 和 Al2***SO4***3。
由電荷守恆有：2n***SO42-***=3n***Al3+***+n***K+***
所以有n***H2SO4 ***=3/ n***Al***+1/2n***K***答案為 100 mL
例2.將5.1 g鎂和鋁投入500 mL,2 mol/L 的鹽酸中，生成氫氣0.5 g，金屬完全溶解。再加入 4 mol/L 的 NaOH 溶液。
***1***若要使生成的沉澱最多，則應加入NaOH溶液的體積是*** ***。
A . 20 0mL B . 250 mL C. 425 mL D. 560 mL
分析：要使生成的沉澱最多，Mg2+和Al3+全部生成 Mg***OH***2 和 Al***OH***3 沉澱,溶液中溶質只含 NaCl，據 Na+ 與 Cl- 守恆有：
500×2=4×V***NaOH***
所以V***NaOH***=250 mL
***2***生成沉澱的質量最多是*** ***。
A. 22.1 g B. 8.5 g C. 10.2 g D. 13.6 g
分析：從始態***金屬鎂和鋁***到終態***Mg***OH***2 和 Al***OH***3***沉澱,固體增加的質量為 OH-的質量，只要計算出 OH- 的物質的量即可，而OH- 的物質的量等於反應中轉移的電子的物質的量，因反應中生成氫氣0.5 g，所以轉移的電子的物質的量為氫氣物質的量的2倍，即0.5 mol e質量，答案為D。
二、電荷守恆
例1.某些化學試劑可用於淨水。水處理中使用一種無機高分子，化學式為[Al2***OH***n Clm·yHO]x,式中m等於*** ***
A.3-n B.6-n C.6+n D.3+n
解析：由電荷守恆有：3n***Al3+***=n***OH-***+m***Cl-***
即3×2=n+m m =6-n
例2.非整數比化合物Fe0. 95O具有 NaCl 晶體結構，由於n***Fe***:n***O***<1,
所以晶體結構存在缺陷，在Fe0. 95O中，+3價的Fe佔總鐵量的*** ***。
A.10.0% B. 85.0% C. 10.5% D. 89.50%
解析：設+3價鐵為x mol,依電荷守恆有：3n***Fe3+*** + 2n***Fe2+*** = 2n***O2-***
即：3x + 2***0.95-x***= 2×1 x=0.1
+3價的Fe佔總鐵量的0.1/0.95×100% = 10.5%
例3.將 K2SO4 和 Al2***SO4***3 和 KAl***SO4***2 三種溶液混合，加H2SO4酸化。測得c***SO42-***=0.105 mol/L,
c***Al3+***=0.055 mol,pH=2.0***假設 H2SO4 完全電離為 H+ 和SO42-***,則c***K+***為*** ***。
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，忽略不計。根據電荷守恆有：c***K+***+ 3c***Al3+***+c***H+***= 2c***SO42-*** 解之：c***K+***=0.035 mol/L
例4.現有 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，使生成的沉澱剛好完全溶解時，消耗2 mol KOH 溶液，求原溶液中的 K+ 的物質的量?
解析：生成的沉澱剛好完全溶解時，消耗2 mol KOH 溶液，由反應
Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O n***Al3+***=n***OH-***/4=0.5 mol
設原溶液中的K+的物質的量為n***K+原***，由電荷守恆，對原溶液有
n***K+原***+ 3n***Al3+*** = 2n***SO42-***①
加入2 mol KOH溶液後，由電荷守恆有：
n***K+原***+ n***K+加入***= n***AlO2-*** + 2n***SO42-***②
由Al元素守恆有：n***Al3+*** = n***AlO2-*** ③
聯立①②③解得：n***K+原***=2.5 mol
三、綜合應用
例7：常溫下由HCl、MgCl2 、AlCl3組成的混合溶液1.0 L,其物質的量濃度分別為0.1 mol/L、
0.1 mol/L、1.2 mol/L。
***1***已知溶液中的c***Mg2+***與溶液pH的關係為：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沉澱?
解析：將pH=9帶入lg c***Mg2+***=17-2pH 計算出c***Mg2+***=0.1 mol/L
所以不能析出Mg***OH***2沉澱。
***2***向混合溶液中加入NaOH容液，溶液中AlO2- 隨pH 變化如下表：
|
pH值 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
AlO2- 濃度 |
10-3 |
10-2 |
10-1 |
1 |
試寫出鹼性條件下AlO2- 與PH的關係式：
解析：常溫下pH=8時，c***H+***=10-8 mol/L c***OH-***=10-6 mol/L
c***AlO2-***=10-3 mol/L
pH=9時，c***H+***=10-9 mol/L c***OH-***=10-5 mol/L c***AlO2-***=10-2 mol/L
pH=10時，c***H+***=10-10 mol/L cOH-***=10-4 mol/L c***AlO2-***=10-1 mol/L
pH=11時，c***H+***=10-11 mol/L c***OH-***=10-3 mol/L c***AlO2-***=100 =1 mol/L
不難發現 c***OH-***=10-3 C***AlO2-*** ①
因為c***OH-***=Kw/ C***H+***=10-14/ c***H+*** ②
由pH= -lg c***H+***有c***H+***=10-pH ③
聯立①②③有：c***AlO2-*** = 10pH-11***提示：關係式是否正確，可帶入檢驗***
***3***向混合溶液中加入NaOH容液，使溶液的pH=11，需要加入NaOH g***忽略溶液的體積變化***
解析：***方法一*** 中和鹽酸消耗NaOH的物質的量為0.1 mol,
因pH=11，沉澱Mg2+消耗NaOH的物質的量為0.2 mol,
pH=11時，c***AlO2-*** = 1 mol/L, n***AlO2-***=1 mol 因為溶液呈鹼性，所以Al3+不能大量共存，由Al元素質量守恆有：nAl***OH***3=n***Al***- n***AlO2-***,nAl***OH***3 =0.2 mol 1 mol Al3+轉化為 AlO2- 需要4 mol OH-,0.2 mol Al3+ 轉化為 Al***OH***3 需要0.6 mol OH- ，所以需要加入NaOH的物質的量為:
n***NaOH***=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol m***NaOH***=196 g
***方法二***pH=11時，溶液中溶質為 NaCl 和 NaAlO2 溶液，由質量和電荷守恆有：
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
從這裡讀者不難發現用守恆法的好處!
實戰演戲:
1.向一定量的Fe、FeO 和 Fe2O3 的混合物投入100 mL 濃度為1 mol/L 的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL***標準狀況***的氣體，所得溶液中，加入KSCN溶液無血紅色出現，若用過量的CO在高溫下還原相同質量的混合物，能得鐵的質量為*** ***。
A. 11.2 g B. 5.6 g C.2.8 g D. 無法計算
2.向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100 mL 濃度 2.2 mol/L 的硫酸溶液中，充分反應後生成896 mL 標準狀況下的氣體，得不溶物1.28 g,過濾後，溶液中陽離子只有Fe2+。向濾液中加入2 mol/L的NaOH溶液，加至40 mL 時開始出現沉澱，則濾液中FeSO4 的物質的量濃度為***設濾液體積為100 mL*** ***。
A . 2 mol/L B. 1.8 mol/L C. 1.9 mol/L D. 無法計算
3.將4.6 g Cu 和 Mg 完全溶於濃硝酸溶液中，反應中硝酸的還願產物為 4480 mL NO2 氣體和336 mL N2O4 氣體***標準狀況下***,反應後的溶液中,加入過量NaOH溶液,生成沉澱的質量為 *** ***。
A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g
4.將10.2 g 的鎂和鋁投入 1000 mL 濃度為2 mol/L 的鹽酸中，金屬完全溶解;再加入4 mol/L 的NaOH溶液，若要使生成的沉澱最多，則應加入NaOH溶液的體積是*** ***。
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 濃度為2 mol/L 的硝酸溶液，反應完全後，生成1.12 L NO氣體***標準狀況下***，再加入1 mol/L 的 NaOH 溶液，要使鐵元素完全沉澱下來，所加 NaOH溶液的體積最少為*** ***。
A. 450 mL B. 500 mL C. 400 mL D. 不能確定
參考答案：
1.提示：反應後的溶液溶質只有FeCl2，所以n***Fe***= n***Fe2+***=1/2***Cl-*** 選C
2.加至40 mL 時開始出現沉澱時，溶液中溶質只有 FeSO4 和 Na2SO4 時,依據S元素守恆有n***FeSO4*** = n***H2SO4***-n***NaSO4***
選 B
3.提示：從始態***金屬鎂和銅***到終態***Mg***OH***2 和 Cu***OH***2***沉澱,固體增加的質量為 OH- 的質量，只要計算出 OH- 的物質的量即可，而 OH- 的物質的量等於反應中轉移的電子的物質的量.轉移的電子的物質的量等於氮元素得電子的物質的量,選 B
4.提示：Mg2+ 和Al3+ 全部沉澱,，溶液中只含 NaCl 溶質，選D
5.提示：鐵元素完全沉澱下來，溶液中溶質為 NaNO3，依據氮元素守恆計算，選A