通常说理化是一家,理化有共性,密度往往是解题的抓手,学过理化的人都知道密度这个物理量,它是指单位体积里物质的质量,它看不见、摸不着,但各人都有对它的一种感觉,它是一种不可加和的强度因素,不随物质的多少而改变。在高中化学一些问题的分析和解题中,用密度作桥梁,或用好这个隐形条件,可较好的分析、理解题。笔者对以下几方面感受较深。
一、溶液浓度大小判断中的运用
水溶液的密度随浓度大小变化的规律是:若原溶液密度大于1g/cm3,则溶液越浓,密度越大,溶液越稀,密度越小,如硫酸、氢氧化钠溶液等。若原溶液密度小于1g/cm3,则溶液越浓,密度越小,溶液越稀,密度越大,但达不到1g/cm3,如氨水、酒精溶液等。涉及到有关溶液稀释或浓度大小判断的问题时,可联想到有关含密度的公式作桥梁来判断问题。
[例题1及分析]
将100g10mol/LH2SO4溶液加水稀释至5mol/L,所加水质量____100g(填大于或小于或等于)
分析:由稀释公式C(浓)× V(浓)= C(稀)×V(稀)
可得:
10mol/L×■=5mol/L×V(稀)
则 V(稀)=■
m(稀)=d(稀)×V(稀)=■×200g
而硫酸溶液密度大于1g/cm3,
所以,d(浓)> d(稀)
即m(稀)< 200g,又原溶液100g,
所以加水质量小于100g
[例题2及分析]
一定质量17%氨水(密度0.94g/cm3)加水稀释至8.5%,则其物质的量浓度 ______4.7mol/L(填大于或小于或等于)
分析:由
C=■
可得
C(浓)=■
=9.4mol/L
C(稀)=■
现氨水密度小于1g/cm3,越稀释,溶液密度越大,即d(稀)> d(浓),由上两式:质量分数减半,密度增大,所以浓度超过一半。
得C(稀)> 4.7mol/L
二、化学平衡中与平均摩尔质量互通性运用
根据阿伏加德罗气体定律推论,密度与摩尔质量关系为: ■=■
除理解为气体密度与气体摩尔质量成正比外,还要理解到摩尔质量也是一种不可加和的强度因素,它不随物质数量多少而改变,气体密度变化与摩尔质量变化有一致性和互通性,对已建立化学平衡的气相或液相体系,改变条件,使平衡发生移动时,体系平均摩尔质量(分子量)或密度可能变化,可能不变化,这些都是解题的重要条件和信息。
[例题3及分析]
某密闭容器中维持120℃恒温,通入一定体积CO2和NH3混合气体发生反应:CO2(g) + 2NH3(g) = CO(NH2)2(s) + H2O(g)至建立平衡,经测定气体密度一直未改变,求起始时所通CO2和NH3气体的体积比。
分析:随着正反应的进行,由于生成固体物质尿素CO(NH2)2离开气相,混合气体总质量在减少,总体积(即总摩尔数)也在减少,现在密度这个强度因素不变,则与它有一致性的强度因素——气体平均摩尔质量也不发生变化。本题即理解为:气体每减少2mol,离开气体体系的固体为1mol CO(NH2)2,质量为60g,离开气体体系的CO(NH2)2折算成气体,摩尔质量为60g/2mol=30g/mol,留下的气体平均摩尔质量也必为30g/mol,即两部分摩尔质量总是相等,这样不管平衡怎样移动,多少气体变固体离开气体体系,气体平均摩尔质量才能不变,所以本题气体平均分子量从反应开始至建立平衡一直为30,由
得VCO2:VNH3=13:14
[例题4及分析]
对已建立的平衡体系C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g)不改变其他条件,增大压强时,气体密度如何改变?
分析:加压时平衡向逆反应方向移动,气体总体积减少,气体总质量也在减少,由:d=m/v,气体密度怎样变化一时难以确定,但考虑离开气体体系的体积变化△V=1,固体C密度相当于摩尔质量为12g/L的某种气体,可作这样的分析:若原体系气体平均摩尔质量大于12g/mol,则加压后平均分子量等于12的这部分离开气体体系,留下的气体摩尔质量将更大,反之同理,即可判断出“表一”。
三、物质鉴定、鉴别、分离等实验中的可操作性运用
有时在鉴别或测量物质有关实验中,需要从本质上认识密度,灵活运用。
[例题5及分析]
如何运用集气瓶、导管、天平、水、玻璃片、X气体发生装置等简单仪器,测定X气体相对分子量【25℃,常压,M(空气)=29.0】
分析:本题作为测定一般气体分子量的方法,具有普遍意义。现在关键使要得到集气瓶体积和所盛气体质量。根据物质密度特点,液体密度通常要达到气体密度的1000倍,所以本题操作是:
①称(集气瓶+空气)质量=m1g
②称(集气瓶+注满水)质量=m2g
③称(集气瓶+注满X气体)质量=m3g
(判断X气体已注满,可由两次称量结果误差很小来确定),即可得m2-m1=水重-空气重=水重,再由水密度为1g/cm3,即可得集气瓶体积V=(m2-m1)mL
再由X气体与空气质量差m3-m1来求X气体分子量M(x)
m3-m1=■×[M(x)-M(空气)]=■×[M(x)-29.0]
∴ M(x)=■+29.0
高中化学中,密度的运用有时也涉及到工业生产、技术应用等方面,如合成氨工业熵,通过测定合成氨反应前后混合气体密度,来计算反应后混合气体中的氨含量;铅蓄电池中,通过测定电解质硫酸溶液密度变化,判断放电情况:石油分馏称各类烃时,由沸点结合密度判断馏分成分等。
通过以上分析可以认识到,在高中化学学习和解题过程中,想到密度,理解密度,用好密度,就能快速而清晰解决有关问题,更好的提高和培养学生科学素质,更高质量的学好化学这门既具有尖端性和基础性,又具有开放性和实用性的科学。 (省镇江一中 季文骏)
原气体平均摩尔质量 加压后气体平均摩尔质量 气体密度
12g/mol 不变 不变
大于12g/mol 增大 增大
小于12g/mol 减小 减小
表一
CO244 13
30
NH317 14