化学 平均摩尔电子质量应用

Answer 1

氧化还原反应发生时必然伴随着电子转移，在做与氧化还原反应相关的混合物计算时使用平均摩尔电子质量法，可以快速理清思路、简化过程，非常实用。
一、平均摩尔电子质量法的解题原理
摩尔电子质量(下文用Me-表示)，是指在氧化还原反应中每转移1mol电子时对应的某种反应物(或产物)的质量。根据定义可以推知：
摩尔电子质量(g/mol e-) == 物质的质量(g) / 转移电子物质的量(mol e-)
对于金属来说，其摩尔电子质量在数值上也等于其相对原子质量除以化合价。如：金属镁、铁、锌、钠、铝等跟稀酸反应生成氢气时，摩尔电子质量分别为12、28、32.5、23、9g/mol e-；铜、铁、铝等在跟Cl2、HNO3等反应生成相应的盐时，摩尔电子质量分别为32、56/3、9g/mol e-。
显然，在氧化还原反应中，每一种含变价元素的物质都有一个Me-值。如果是同类物质所组成的混合物，则有一个平均摩尔电子质量(Me-)。利用平均摩尔电子质量法，根据平均值原理可以快速判断某些混合物的组成；若是双组分体系，还可利用十字交叉法计算出两组分的比例。
二、平均摩尔电子质量法的应用
1，直接判定单一物质的成份
例1：(2001全国理综试题)用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60g沉淀，则该氧化物是( )。
(A) FeO (B) Fe2O3 (C) CuO (D) Cu2O
解析：由CO----CO2----CaCO3可以推知，32 g 氧化物被还原时共得电子2 e-×60g/100g/mol=1.2mol。题中氧化物的 Me- = 32g /1.2mol e- = 80/3 g/mol e-。而四个选项物质的Me-分别为36、80/3、40 g/mol e-、72 g/mol e-。故此氧化物为Fe2O3。选(B)。
练习1：某金属0.100g与足量的水反应时生成0.005gH2，这种金属是( )。
(A) Na (B) K (C) Ca (D) Rb
2，判断同类混合物的组成
例2：(1998年全国高考)由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混和物10克，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升，则混和物中一定含有的金属是
(A) 锌 (B) 铁 (C) 铝 (D) 镁
解析：锌铁铝镁的Me-分别为32.5、28、9、12g/mol e-。而题中混合金属的Me-=10g/(2× 11.2L/22.4L/mol)=10g/mol e-。根据平均值原理，混合金属一定含有铝。选(C)。
例3：两种金属的混合物3.4g，与足量盐酸反应时放出H2 2.24 L（标准状况），这两种金属可能是（ ）。
(A) Zn和Fe (B) Mg和Al (C) Al和Fe (D) Zn和Cu
解析：锌铁镁铝的Me分别为32.5、28、12、9g/mol e-，铜与盐酸不反应，可认为其Me-无穷大。混合金属的Me-=3.4g/(2× 2.24L/22.4L/mol)=17g/mol e-。根据平均值原理，混合金属只可能是铝和铁。选(C)。
例4：用足量的CO还原0.6g铁的氧化物，将生成的CO2通如过量的澄清的石灰水中，得1g沉淀，则此氧化物的组成不可能为（ ）。
(A) FeO、Fe2O3和Fe3O4 (B) FeO和Fe2O3
(C) FeO和Fe3O4 (D) Fe2O3和Fe3O4
解析：在FeO、Fe2O3和Fe3O4被CO还原为单质Fe的反应中，三者的Me-分别为36、80/3、29 g/mol e-。而题中铁的氧化物的 Me- = 0.6g / (2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-(由CO----CO2----CaCO3可以推知，0.6 g 混合物被还原时共得电子2×1g/100g/mol=0.02mol)。根据平均值原理，此氧化物不可能由Fe2O3和Fe3O4组成。选(D)。
练习2：两种金属组成的混合物5.0 g与Cl2完全反应，消耗Cl2 2.24 L（标准状况），则混合物可能的组成为（ ）。
(A) Cu和Zn (B) Mg和Al (C) Fe和Mg (D) Ca和Cu
3，计算双组分混合物的比例
通过混合物的平均摩尔电子质量，还可用十字交叉法计算双组分混合物的比例。此时应注意：十字交叉计算所得比例是转移电子的物质的量之比，两组分的物质的量之比可由两组分所提供电子的比例转化推知。
例5：K、Na合金3.1g溶于足量水中，生成H21.12 L（标准状况），则原合金中K与Na的物质的量之比为（ ）。
(A) 1:1 (B) 1:2 (C) 2:1 (D) 2:3
解析：混合金属Me-=3.1g/(2×1.12L/22.4L/mol)=31g/mol e-，而Me- (Na)=23g/mol e-，Me- (K)=39g/mol e-，用十字交叉法，得：
Na 23 8
31
K 39 8
故Na、K所失去的电子物质的量之比 = 8:8 = 1:1，因两者皆为一价金属，故Na、K物质的量之比也为1:1。
例6：将7.8gMg和Al的混合物投入足量稀硫酸中，产生了8.96LH2（标准状况），求原混合物中Mg、Al的物质的量之比为多少？
解析：题中混合金属的Me=7.8g/(2×8.96L/22.4L/mol)=39/4 g/mol e-，而Me- (Mg)=12 g/mol e-，Me- (Al)=9g/mol e-，用十字交叉法，得：
Mg 12 3/4
39/4
Al 9 9/4
故Mg、Al所失去的电子物质的量之比 = (3/4) : (9/4) = 1 :3，因在反应中Mg原子失2e-，Al失3e-，故Mg、Al物质的量之比 = (1/2 / 3/3) = 1 : 2 。
例7：用足量的CO还原0.6 g FeO和Fe3O4 的混合物，将生成的CO2通入过量的澄清石灰水中，经过滤、干燥后得1.0 g沉淀，求FeO与Fe3O4 物质的量之比。
解析：混合物的Me- = 0.6g/(2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-，而FeO和Fe3O4 的Me-分别为36、29g/mol e-。用十字交叉法，得：
FeO 36 1
30
Fe3O4 29 6
故FeO、Fe3O4所得到的电子物质的量之比 = 1 :6，因在反应中一个FeO得到 2e-，一个Fe3O4得到 8e-，故FeO和Fe3O4 的物质的量之比 = (1/2) : (6/8) = 2 : 3 。
练习3：14gMg与Fe的混合物与足量稀硫酸反应，产生H211.2L（标准状况），求原混合物中Mg与Fe的物质的量之比。

练习答案：1，C；2，D；1:7。

参考资料：http://bbs.pep.com.cn/thread-364177-1-1.html