一道摩尔计算有两部分:算术,以及来自方程式的比例。学生在算术上练得多,所以通常不会错。比例是需要你选择的部分,看起来正确的解题过程往往就在这里出错。
凡是用方程式联系物质的量的地方都会用到这项技能,包括化学式与方程式、相对质量与物质的量以及之后的计算课题。这是延伸解释与错误修正单元的第一课。
为什么比例错了,算术再对也救不了?
算术是忠实的。如果你告诉它“1 mol A 生成 1 mol B”,它会完美地把这个说法算下去。错在说法本身,而不在计算过程。
所以这类错误让人觉得不公平:每一行步骤检查都没问题,只有化学是错的。
怎样一步步选对比例
- 写出配平方程式并检查。方程式错了,比例也会错。
- 圈出你要联系的两种物质:已知的和要求的。
- 读出它们的系数,把比例写成 已知物质的量 : 所求物质的量。
- 先把已知质量换成摩尔,用 质量 ÷ 摩尔质量。
- 乘以比例,得到所求物质的摩尔数,再换成质量。
- 做质量检查:所用反应物的总质量应等于生成物的总质量。
例题
**以下数据均为练习而虚构。**铝与氧气反应:4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃。5.4 g 铝能生成多少质量的氧化铝?Ar:Al = 27,O = 16。
**第 1 步,检查方程式:**Al 4 对 4(2 × 2)。O 6 对 6(2 × 3)。已配平。
**第 2 步,Al 的摩尔数:**5.4 ÷ 27 = 0.20 mol。
第 3 步,比例 Al : Al₂O₃ 是 4 : 2,即 2 : 1。所以 Al₂O₃ 的摩尔数 = 0.20 ÷ 2 = 0.10 mol。
**第 4 步,质量:**Al₂O₃ 的 Mr = 2 × 27 + 3 × 16 = 102。质量 = 0.10 × 102 = 10.2 g。
**第 5 步,质量检查:**所需氧气 = 0.20 × 3/4 = 0.15 mol,即 0.15 × 32 = 4.8 g。反应物:5.4 + 4.8 = 10.2 g。生成物:10.2 g。两者吻合。
要留意的错误
**错误答案:**Al 的摩尔数 = 0.20,所以 Al₂O₃ 的摩尔数 = 0.20,所以质量 = 0.20 × 102 = 20.4 g。
算术完全正确。这位学生把比例当成 1 : 1,因为两个化学式“都含有铝”。
质量检查马上就能暴露问题。只用了 5.4 g 铝和 4.8 g 氧气,产物不可能重达 20.4 g。
改正的方法是读系数 4 和 2,而不是看下标,也不是凭“一对一”的感觉。每次都在做乘法之前先把比例写出来。
自我检测
先在纸上做,再打开答案。所有数据均为虚构。
1. 2H₂ + O₂ → 2H₂O。0.50 mol 氧气能生成多少质量的水?(H₂O 的 Mr = 18)
显示答案
O₂ : H₂O 的比例是 1 : 2,所以水的摩尔数 = 0.50 × 2 = 1.00 mol。质量 = 1.00 × 18 = 18 g。
检查:所需氢气为 1.00 mol = 2.0 g,氧气为 0.50 × 32 = 16 g,合计 18 g。质量吻合。
2. N₂ + 3H₂ → 2NH₃。0.60 mol 氢气能生成多少质量的氨?(NH₃ 的 Mr = 17)
显示答案
H₂ : NH₃ 的比例是 3 : 2,所以 NH₃ 的摩尔数 = 0.60 × 2/3 = 0.40 mol。质量 = 0.40 × 17 = 6.8 g。
3. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O。一位学生说 1.6 g 甲烷完全燃烧需要 3.2 g 氧气。找出错误并改正。(Mr:CH₄ = 16,O₂ = 32)
显示答案
CH₄ 的摩尔数 = 1.6 ÷ 16 = 0.10 mol。这位学生用了 0.10 mol O₂,即 1 : 1 的比例。方程式给出 CH₄ : O₂ = 1 : 2,所以 O₂ = 0.20 mol = 0.20 × 32 = 6.4 g。
检查:CO₂ 为 0.10 × 44 = 4.4 g,H₂O 为 0.20 × 18 = 3.6 g。生成物共 8.0 g,反应物共 1.6 + 6.4 = 8.0 g。
接下来学什么
接下来,用修正只说趋势的粒子层面解释,让你的解释和比例一样严谨。摩尔与方程式比例辅导工具可以让你一步步测试比例,综合练习则把五项技能混合在一起。
有些学生每条规则都懂,但在时间压力下还是会伸手去用 1 : 1。这种习惯模式,老师在一对一线上化学补习中很快就能看出来。