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很多化学反应都是在溶液中进行的,计算溶液的浓度是根据化学方程式计算的基础,需要熟练掌握计算的基本技能.此类题目涉及到的概念多,知识范围广,内容灵活多变,不少同学感到无所适从,下面就如何突破这一难点具体进行分析.
一、理解重要概念
历年来的高考对这部分内容的考查点基本不变,要求在理解溶液、溶解度、质量分数、物质的量浓度等概念的基础上,能进行有关溶液的计算.
物质的量浓度、质量分数和溶解度是表征一定条件下溶液组成的三个重要概念,准确理解这三个概念,熟练掌握这三个量之间相互换算的方法,对于学好溶液部分的知识至关重要.三个概念的比较见表1.
表1 物质的量浓度、质量分数和溶解度概念比较
物质的量浓度质量分数溶解度(固体)
概念以单位体积溶液里所含溶质的物质的量来表示的溶液组成的物理量用溶质质量与溶液质量之比来表示溶液组成的分数在一定温度下,某物质在100 g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量(S)
公式物质的量浓度(cB)
=溶质的物质的量(nB)溶液的体积(V)
溶液的质量分数(wB)
=溶质的质量溶液的质量×100%
无
单位mol/L1g或“g/100g水”
特点体积相同、物质的量浓度也相同的任何溶液中,所含溶质的物质的量相同,但溶质的质量不一定相同质量相同、溶质的质量分数也相同的任何溶液中,所含溶质的质量相同,但溶质的物质的量不一定相同大部分固体随温度升高溶解度增大,如KNO3;少部分固体溶解度受温度影响不大,如NaCl;极少数物质溶解度随温度升高反而减小,如Ca(OH)2
共同点溶液浓度与体积多少无关,即同一溶液,无论取出多大体积,其各种浓度(物质的量浓度、溶质的质量分数、离子浓度)均不发生变化;温度不变时,某物质的溶解度也是固定的
物质的量浓度与溶液中溶质的质量分数的换算关系为:
cB=
1000ρwBMB,使用这个公式时,要特别注意各物理量的单位,密度ρ的单位为g·mL-1.
对于一定温度下的某固体B的饱和溶液,其质量分数和溶解度之间的换算关系为:
wB=SB100+SB×100%
;物质的量浓度与溶解度之间的换算关系为:cB=SBMB
100+SB
1000ρ=
1000ρ
SBMB(100+SB).
二、把握解题策略
1.计算物质的量浓度的两个关键
(1)正确判断溶液的溶质并求其物质的量:对于与水发生反应的物质,其溶质是新生成的物质,如Na、Na2O、Na2O2溶于水后溶质都是NaOH,SO3溶于水后溶质是H2SO4.对于含结晶水的物质,其溶质是无水化合物,如CuSO4·5H2O溶于水后溶质是CuSO4.对于某些特殊物质,如NH3溶于水后生成NH3·H2O,但计算浓度时却是以NH3分子作为溶质.
(2)准确计算溶质的体积:不能用水的体积代替溶液体积,要根据V=mρ求算.
2.计算物质的量浓度的基本方法
(1)根据物质的量浓度的定义式计算
物质的量浓度定义的数学表达式为cB=nBV,其中nB为溶质B的物质的量(mol),V为溶液的体积(L),cB的单位为mol/L.由此可知,欲求cB,应先分别求出nB及V.这是最基础也是最重要的方法.
例1 下列溶液中物质的量浓度为l.00 mol/L的是( )
(A) 将40 g NaOH溶解于1 L水中
(B) 将22.4 L氯化氢气体溶于水配成1 L溶液
(C) 将1 L 10 mol/L的浓盐酸与9 L水混合
(D) 将10 g NaOH溶解在水中配成250 mL溶液
解析:根据物质的量浓度的定义式计算时,体积应是溶液的体积,不是溶剂的体积,
(A)错误;(B)项中没有指定气体在标准状况下,错误;不同浓度的溶液体积没有加和性,(C)错误.对(D)项中溶液,c(NaOH)=
10 g40 g·mol-1×0.25 L
=
1.00 mol/L.
答案:(D)
(2)根据物质的量浓度和质量分数的换算式计算
在题目提供了溶液密度的前提下,先根据溶解度等条件求出质量分数,然后换算成物质的量浓度.
例2 某氯化镁溶液的密度为1.18 g/cm3,其镁离子的质量分数为5.1%,300 mL该溶液中Cl-的物质的量约等于( )
(A) 0.37 mol (B) 0.63 mol
(C) 0.74 mol (D) 1.5 mol
解析:本题可直接用换算公式求出Mg2+的物质的量浓度,然后计算出Cl-的物质的量.
c(Mg2+)=1000×18×5.1%24=2.5 mol/L
n(Mg2+)=2.5 mol/L×0.3 L=0.75 mol
n(Cl-)=2n(Mg2+)=0.75 mol×2=1.5 mol
答案:(D)
例3 某温度下,甲、乙两个烧杯中各盛有100 g相同浓度的KCl溶液,现将甲烧杯中的溶液蒸发掉35 g H2O,析出晶体5 g;乙烧杯中的溶液蒸发掉45 g H2O,析出晶体10 g.若原溶液的密度约为1.2 g/mL,则其物质的量浓度约为( )
(A) 2 mol/L (B) 3 mol/L (C) 4 mol/L (D) 5 mol/L
解析:在相同温度下,甲、乙两溶液析出晶体后的溶液皆是饱和溶液,两者的质量分数相等.设100 g原溶液中溶质的质量为x,则:
x-5100-35-5=x-10100-45-10
,解得x=25,因此原溶液中溶质的质量分数w=25%,物质的量浓度c=
100ρwM=1000×1.2×25%74.5 mol/L=4.03 mol/L.
答案:(C)
(3)根据守恒原理进行计算
①质量守恒:浓溶液稀释成稀溶液,稀释前后溶质的物质的量和质量不变:c1V1=c2V2,m1w1=m2w2;溶液的质量:m(稀)=m(浓)+m(H2O).同溶质不同物质的量浓度的溶液混合,混合溶液中溶质的质量或物质的量等于混合前溶液中溶质的质量或物质的量之和.
例4 将100 mL 0.30 mol/L Na2SO4溶液和50 mL 0.20 mol/L Al2(SO4)3溶液混合后,在相同温度下溶液中SO2-4的物质的量浓度约为 ( )
(A) 0.20 mol/L (B) 0.25 mol/L
(C) 0.40 mol/L (D) 0.50 mol/L
解析:本题是近似计算,可将混合溶液的体积看作是原来两种溶液的体积之和.
c(SO2-4)=
0.30 mol·L-1×0.1 L+0.20 mol·L-1×3×
0.05 L0.15 L
=0.40 mol/L
答案:(C)
例5 某10% NaOH溶液,加热蒸发掉100 g水后得到80 mL 20%的溶液,则该20%NaOH溶液的物质的量浓度为( )
(A) 6.25 mol/L (B) 12.5 mol/L
(C) 7 mol/L (D) 7.5 mol/L
解析:设原溶液的质量为x,则:10%·x=(x-100 g)×20%,解得:x=200 g,溶液中的溶质为200 g×10%=20 g,
n(NaOH)=20 g
40 g·mol-1
=0.5 mol,c(NaOH)=0.5 mol
0.08 L=
6.25 mol/L.
答案:(A)
②电荷守恒:溶液中阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,即溶液呈电中性.
例6 由硫酸钾、硫酸铝和硫酸组成的混合溶液中,c(H+)=0.1 mol/L,c(Al3+)=0.4 mol/L,c(SO2-4)=0.8 mol/L,则
c(K+)为( )
(A) 0.15 mol/L (B) 0.3 mol/L
(C) 0.2 mol/L (D) 0.4 mol/L
解析:溶液中阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,即溶液呈电中性.
c(H+)+c(K+)+3c(Al3+)=2c(SO2-4)
c(K+)=0.8 mol/L×2-0.4 mol/L×3-0.1 mol/L
=0.3 mol/L
答案:(B)
(4)根据化学方程式进行计算
这类计算可以联系元素及其化合物的性质考查化学计算,也是一种很基本的计算方法.解题的关键是熟悉物质的性质,正确书写化学方程式,熟练掌握一些重要的计算方法.
例7 把V L含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成两等份,一份加入含a mol NaOH的溶液,恰好使镁离子完全沉淀为Mg(OH)2;另一份加入含b mol BaCl2的溶液,恰好使SO2-4完全沉淀为BaSO4.则原混合溶液中K+的浓度为( )
(A) b-aVmol·L-1 (B) 2b-aVmol·L-1
(C) 2(b-a)V mol·L-1 (D) 2(2b-a)V mol·L-1
解析:化学方程式为:MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4,MgSO4+BaCl2=BaSO4↓+MgCl2,K2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2KCl.由题意可知,在0.5 V L混合溶液中含有0.5a mol MgSO4,一共含有b mol SO2-4,则V L混合溶液中含有a mol MgSO4和2b mol SO2-4,由K2SO4的产生的SO2-4为(2b-a)mol,K2SO4中的K+为2(2b-a)mol,物质的量浓度为 2(2b-a)V mol·L-1.
答案:(D)
一、理解重要概念
历年来的高考对这部分内容的考查点基本不变,要求在理解溶液、溶解度、质量分数、物质的量浓度等概念的基础上,能进行有关溶液的计算.
物质的量浓度、质量分数和溶解度是表征一定条件下溶液组成的三个重要概念,准确理解这三个概念,熟练掌握这三个量之间相互换算的方法,对于学好溶液部分的知识至关重要.三个概念的比较见表1.
表1 物质的量浓度、质量分数和溶解度概念比较
物质的量浓度质量分数溶解度(固体)
概念以单位体积溶液里所含溶质的物质的量来表示的溶液组成的物理量用溶质质量与溶液质量之比来表示溶液组成的分数在一定温度下,某物质在100 g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量(S)
公式物质的量浓度(cB)
=溶质的物质的量(nB)溶液的体积(V)
溶液的质量分数(wB)
=溶质的质量溶液的质量×100%
无
单位mol/L1g或“g/100g水”
特点体积相同、物质的量浓度也相同的任何溶液中,所含溶质的物质的量相同,但溶质的质量不一定相同质量相同、溶质的质量分数也相同的任何溶液中,所含溶质的质量相同,但溶质的物质的量不一定相同大部分固体随温度升高溶解度增大,如KNO3;少部分固体溶解度受温度影响不大,如NaCl;极少数物质溶解度随温度升高反而减小,如Ca(OH)2
共同点溶液浓度与体积多少无关,即同一溶液,无论取出多大体积,其各种浓度(物质的量浓度、溶质的质量分数、离子浓度)均不发生变化;温度不变时,某物质的溶解度也是固定的
物质的量浓度与溶液中溶质的质量分数的换算关系为:
cB=
1000ρwBMB,使用这个公式时,要特别注意各物理量的单位,密度ρ的单位为g·mL-1.
对于一定温度下的某固体B的饱和溶液,其质量分数和溶解度之间的换算关系为:
wB=SB100+SB×100%
;物质的量浓度与溶解度之间的换算关系为:cB=SBMB
100+SB
1000ρ=
1000ρ
SBMB(100+SB).
二、把握解题策略
1.计算物质的量浓度的两个关键
(1)正确判断溶液的溶质并求其物质的量:对于与水发生反应的物质,其溶质是新生成的物质,如Na、Na2O、Na2O2溶于水后溶质都是NaOH,SO3溶于水后溶质是H2SO4.对于含结晶水的物质,其溶质是无水化合物,如CuSO4·5H2O溶于水后溶质是CuSO4.对于某些特殊物质,如NH3溶于水后生成NH3·H2O,但计算浓度时却是以NH3分子作为溶质.
(2)准确计算溶质的体积:不能用水的体积代替溶液体积,要根据V=mρ求算.
2.计算物质的量浓度的基本方法
(1)根据物质的量浓度的定义式计算
物质的量浓度定义的数学表达式为cB=nBV,其中nB为溶质B的物质的量(mol),V为溶液的体积(L),cB的单位为mol/L.由此可知,欲求cB,应先分别求出nB及V.这是最基础也是最重要的方法.
例1 下列溶液中物质的量浓度为l.00 mol/L的是( )
(A) 将40 g NaOH溶解于1 L水中
(B) 将22.4 L氯化氢气体溶于水配成1 L溶液
(C) 将1 L 10 mol/L的浓盐酸与9 L水混合
(D) 将10 g NaOH溶解在水中配成250 mL溶液
解析:根据物质的量浓度的定义式计算时,体积应是溶液的体积,不是溶剂的体积,
(A)错误;(B)项中没有指定气体在标准状况下,错误;不同浓度的溶液体积没有加和性,(C)错误.对(D)项中溶液,c(NaOH)=
10 g40 g·mol-1×0.25 L
=
1.00 mol/L.
答案:(D)
(2)根据物质的量浓度和质量分数的换算式计算
在题目提供了溶液密度的前提下,先根据溶解度等条件求出质量分数,然后换算成物质的量浓度.
例2 某氯化镁溶液的密度为1.18 g/cm3,其镁离子的质量分数为5.1%,300 mL该溶液中Cl-的物质的量约等于( )
(A) 0.37 mol (B) 0.63 mol
(C) 0.74 mol (D) 1.5 mol
解析:本题可直接用换算公式求出Mg2+的物质的量浓度,然后计算出Cl-的物质的量.
c(Mg2+)=1000×18×5.1%24=2.5 mol/L
n(Mg2+)=2.5 mol/L×0.3 L=0.75 mol
n(Cl-)=2n(Mg2+)=0.75 mol×2=1.5 mol
答案:(D)
例3 某温度下,甲、乙两个烧杯中各盛有100 g相同浓度的KCl溶液,现将甲烧杯中的溶液蒸发掉35 g H2O,析出晶体5 g;乙烧杯中的溶液蒸发掉45 g H2O,析出晶体10 g.若原溶液的密度约为1.2 g/mL,则其物质的量浓度约为( )
(A) 2 mol/L (B) 3 mol/L (C) 4 mol/L (D) 5 mol/L
解析:在相同温度下,甲、乙两溶液析出晶体后的溶液皆是饱和溶液,两者的质量分数相等.设100 g原溶液中溶质的质量为x,则:
x-5100-35-5=x-10100-45-10
,解得x=25,因此原溶液中溶质的质量分数w=25%,物质的量浓度c=
100ρwM=1000×1.2×25%74.5 mol/L=4.03 mol/L.
答案:(C)
(3)根据守恒原理进行计算
①质量守恒:浓溶液稀释成稀溶液,稀释前后溶质的物质的量和质量不变:c1V1=c2V2,m1w1=m2w2;溶液的质量:m(稀)=m(浓)+m(H2O).同溶质不同物质的量浓度的溶液混合,混合溶液中溶质的质量或物质的量等于混合前溶液中溶质的质量或物质的量之和.
例4 将100 mL 0.30 mol/L Na2SO4溶液和50 mL 0.20 mol/L Al2(SO4)3溶液混合后,在相同温度下溶液中SO2-4的物质的量浓度约为 ( )
(A) 0.20 mol/L (B) 0.25 mol/L
(C) 0.40 mol/L (D) 0.50 mol/L
解析:本题是近似计算,可将混合溶液的体积看作是原来两种溶液的体积之和.
c(SO2-4)=
0.30 mol·L-1×0.1 L+0.20 mol·L-1×3×
0.05 L0.15 L
=0.40 mol/L
答案:(C)
例5 某10% NaOH溶液,加热蒸发掉100 g水后得到80 mL 20%的溶液,则该20%NaOH溶液的物质的量浓度为( )
(A) 6.25 mol/L (B) 12.5 mol/L
(C) 7 mol/L (D) 7.5 mol/L
解析:设原溶液的质量为x,则:10%·x=(x-100 g)×20%,解得:x=200 g,溶液中的溶质为200 g×10%=20 g,
n(NaOH)=20 g
40 g·mol-1
=0.5 mol,c(NaOH)=0.5 mol
0.08 L=
6.25 mol/L.
答案:(A)
②电荷守恒:溶液中阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,即溶液呈电中性.
例6 由硫酸钾、硫酸铝和硫酸组成的混合溶液中,c(H+)=0.1 mol/L,c(Al3+)=0.4 mol/L,c(SO2-4)=0.8 mol/L,则
c(K+)为( )
(A) 0.15 mol/L (B) 0.3 mol/L
(C) 0.2 mol/L (D) 0.4 mol/L
解析:溶液中阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,即溶液呈电中性.
c(H+)+c(K+)+3c(Al3+)=2c(SO2-4)
c(K+)=0.8 mol/L×2-0.4 mol/L×3-0.1 mol/L
=0.3 mol/L
答案:(B)
(4)根据化学方程式进行计算
这类计算可以联系元素及其化合物的性质考查化学计算,也是一种很基本的计算方法.解题的关键是熟悉物质的性质,正确书写化学方程式,熟练掌握一些重要的计算方法.
例7 把V L含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成两等份,一份加入含a mol NaOH的溶液,恰好使镁离子完全沉淀为Mg(OH)2;另一份加入含b mol BaCl2的溶液,恰好使SO2-4完全沉淀为BaSO4.则原混合溶液中K+的浓度为( )
(A) b-aVmol·L-1 (B) 2b-aVmol·L-1
(C) 2(b-a)V mol·L-1 (D) 2(2b-a)V mol·L-1
解析:化学方程式为:MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4,MgSO4+BaCl2=BaSO4↓+MgCl2,K2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2KCl.由题意可知,在0.5 V L混合溶液中含有0.5a mol MgSO4,一共含有b mol SO2-4,则V L混合溶液中含有a mol MgSO4和2b mol SO2-4,由K2SO4的产生的SO2-4为(2b-a)mol,K2SO4中的K+为2(2b-a)mol,物质的量浓度为 2(2b-a)V mol·L-1.
答案:(D)