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中学化学计算中近似数据处理的归纳分析

更新时间:2019-06-16 所属栏目:论文范文

作者:李湘革 李湘鸾 来源:考试周刊 2019年44期
  摘 要:中学化学计算中,存在很多近似数据,主要包括相对原子质量、阿伏伽德罗常数、气体摩尔体积、pH的计算、溶液中离子平衡的有关计算,这些数据如何处理,是中学生应该明确的。
  关键词:中学化学计算;近似值;教学
  以下是2017年合肥三模一道综合题的节选:
  对烟道气中的SO2进行回收再利用具有较高的社会价值和经济价值,方法之一是Na2SO3溶液吸收法。常温下,用
  300mL 1.0 mol·L-1Na2SO3溶液吸收SO2的过程中,溶液pH随吸收SO2物质的量的变化曲线如下。常温下,H2SO3的二级电离平衡常数Ka2的数值为 。
  此题学生给出了三个解法,得出三个答案。
  解法一:以1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液讨论,此时溶液pH=10.6,c(H+)=1×10-10.6mol·L-1,
  c(OH-)=1×10-3.4 mol·L-1
  SO2-3+H2OHSO-3+OH-
  水解平衡常数Kh(SO2-3)=c(HSO-3)·c(OH-)c(SO2-3)
  =10-3.4×10-3.41.0=106.8
  Ka2=KnKh=1×10-141×10-7.2
  解法二:以M点对应的数据进行计算
  此时在含0.3mol Na2SO3的溶液中通入了0.1mol SO2,根据SO2-3+H2O+SO2=
  2HSO-3,相当于此时的溶液是SO2-3和HSO-3离子等浓度的混合溶液,溶液pH=7.3
  HSO-3SO2-3+H+
  Ka2=c(SO2-3)·c(H+)c(HSO-3)=c(H+)=1×10-7.3
  解法三:以N点对应的数据进行计算
  此时在含0.3mol Na2SO3溶液中通入了0.3mol SO2,根据SO2-3+H2O+SO2=
  2HSO-3,
  相当于此时的溶液是2.0 mol·L-1HSO-3离子溶液,溶液pH=4.6,根据近似处理原则,此时
  c(HSO-3)≈2.0 mol·L-1,,c(H+)=1×10-4.6mol·L-1,
  c(SO-23)≈c(H+)=1×10-4.6mol·L-1
  HSO-3SO2-3+H+
  Ka2=c(H+)·c(SO2-3)c(HSO-3)=
  1×10-4.6×1×10-4.62.0=12×10-9.2
  lgKa2=lg12×10-9.2≈lg12+lg10-9.2=-9.5
  Ka2=1×10-9.5
  解法一和解法二所得结果相近,但解法三结果相差甚远。仔细分析,解法一和解法二都是正确解法,但解法三错误,错误的原因在于近似数据处理失当。
  这三种解法中,都采用了近似数据处理,在三种解法所列算式中,c(SO2-3)和c(HSO-3)都是近似值,解法一和解法二中近似处理得当,解法三中c(SO2-3)c(H+)=1×10-4.6 (mol·L-1)2处理失当,导致计算结果偏差大,因为HSO-3离子在溶液中存在电离和水解两个过程,电离生产的氢离子,水解使溶液中氢氧根离子浓度增大,又发生
  H++OH-H2O,所以,达到平衡时,溶液中c(SO2-3)和c(H+)相差较大,使计算结果误差较大。
  那么,中学化学涉及的计算中,那些使用了近似数据,如何理解和处理这些近似数据呢?笔者以为,下面这些近似数据,中学生应该辨析清楚,并正确使用。
  一、 相对原子质量
  元素的相对原子质量,是指该元素的一个原子的质量,与一个C—12原子质量的1/12的比值,如果该元素有多种核素,则该元素的相对原子质量是各种核素的相对原子质量的加权平均值。在中学化学里,通常取其整数近似值(少数取小数点后面一位)进行计算,有时候直接用原子质量数代替相对原子质量进行计算。但学生必须明白,质量数和相对原子质量是两个完全不同的概念,仅仅是数值上近似。
  二、 阿伏伽德罗常数和标准状况下的气体摩尔体积
  1mol任何粒子的粒子数叫阿伏伽德罗常数,与0.012kg12C中所含碳原子数相同,6.02×1023mol-1是阿伏伽德罗常数的测量值,这个数值也是一个近似值,并且,随着测量技术的提高,这个数值也许会发生变化。
  现在我们使用的标准状况下的气体摩尔体积约为22.4L·mol-1,事实上,不同的气体,这个数值是有差别的,为了简化计算,都近似以
  22.4L·mol-1进行计算。
  三、 pH的计算
  pH的计算公式pH=-lgc(H+),计算过程会涉及酸电离出来的c(H+),水电离出来的c(H+)、碱电离出来的c(OH-)和水电离出来的c(OH-),大部分的计算,都会对以上某些数据进行近似处理。
  例1 分别求常温下pH=1和0.1 mol·L-1HCl溶液中c(H+)。
  pH=1的HCl溶液c(H+)=0.1 mol·L-1 HCl,由盐酸电离的c(H+)=0.1 mol·L-1,由水电离的c(H+)=c(OH-)如果都设为x mol·L-1,则有(0.1+x)·x=1×10-14,由此计算出水电离的c(H+),再求出溶液中总的c(H+)。因为常温下,由水电离出的c(H+)=1×10-7 mol·L-1,盐酸电离出来的
  H+离子抑制水的电离,所以x


提示:
本文标题为:中学化学计算中近似数据处理的归纳分析
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