气体溶于水或溶液的有关计算.doc

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气体溶于水或溶液的有关计算
文／廖银燕
气体溶于水或溶液的有关计算是中学化学的重点内容，因其知识面广,综合度高，已成为各级考试的热点，现以典型习题为例作一归类分析，供读者参考.
一、单一气体完全溶于水的计算
单一气体完全溶于水的计算是这类题目的基本题型.其涉及的气体为溶解度极大的气体，如ＨＣｌ、ＮＨ３。在解答充有该气体的容器倒置于水中的有关计算时，要抓住进入容器内水的体积与溶于水的气体体积相等这一解题要点。
例1标准状况下，用一只充满干燥ＨＣｌ气体的烧瓶倒置在足量的水中,请回答下列问题:
(1)能观察到的实验现象是__________.
（2)若烧瓶中溶液未扩散，其物质的量浓度为__________。
分析:(1）ＨＣｌ是一种极易溶于水的气体,当充满ＨＣｌ气体的烧瓶倒置在足量水中时,因ＨＣｌ气体溶于水，导致瓶内气压大幅度下降，在大气压的作用下我们将观察到水逐渐充满整个烧瓶。
（2）设烧瓶的体积为ＶL，由(1）分析可知，ＨＣｌ气体和所得盐酸的体积均等于烧瓶的体积，故有：
n（ＨＣｌ）＝（ＶＬ／22．4Ｌ／ｍｏｌ）＝(Ｖ／22．4)ｍｏｌ
　　c（ＨＣｌ)＝（（Ｖ／22．4）mol／ＶＬ）
＝0．045ｍｏｌ／Ｌ
从题解中可以看出,只要所得溶液的体积等于原充入烧瓶的极易溶于水的气体体积,在标准状况下溶液的物质的量浓度都约为0．045ｍｏｌ／Ｌ，而与充入烧瓶的气体体积大小无关.
二、单一气体部分溶于水的计算
气体部分溶于水的情况在中学化学中有两种，一是气体的溶解度不大（例如ＳＯ２等）；二是气体与水反应，生成另一种溶解度较小的气体（例如ＮＯ２等)。解答此类题时应认真审题，理解气体部分溶于水的原因后，再依据题意进行作答。
例2已知：
　4ＮＨ４ＮＯ３3Ｎ２↑＋2ＮＯ２↑＋8Ｈ２Ｏ↑
现将ＮＨ４ＮＯ３加热并使其完全分解，再将气体产物通入一预先盛有100ｍＬＨ２Ｏ的锥形瓶中,若测得锥形瓶中溶液的密度为1．0ｇ／ｍＬ,c（ＮＯ３－）＝0．1ｍｏｌ／Ｌ,求参加反应的ＮＨ４ＮＯ３的质量。
分析：由题意知，溶液中的ＮＯ３－是ＮＨ４ＮＯ３的分解产物之一ＮＯ２和Ｈ２Ｏ反应的结果。
依方程式3ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ=2ＨＮＯ３＋ＮＯ不难知悉，能转化为ＮＯ３－的ＮＯ２仅占其总体积的(2／3）.
设参加反应的ＮＨ４ＮＯ３物质的量为ｘ。
4ＮＨ４ＮＯ３3Ｎ２↑＋2ＮＯ２↑＋8Ｈ２Ｏ↑
ｘ（ｘ／2）2ｘ
溶液的总质量：100ｇ＋2ｘ×18ｇ／ｍｏｌ＋（ｘ／2）×46ｇ／ｍｏｌ
－（1／3)×（ｘ／2)×30ｇ／ｍｏｌ
＝100ｇ＋54ｘｇ／ｍｏｌ
溶液的总体积：
　（100ｇ＋54ｘｇ／ｍｏｌ／1．0ｇ／ｍＬ）×10－３Ｌ／ｍＬ
溶液中ＮＯ３－的物质的量:
　ｎ（ＮＯ３－）＝（100ｇ＋54ｘｇ／ｍｏｌ／1．0ｇ／ｍＬ)×10－３Ｌ／ｍＬ×0．1ｍｏｌ／Ｌ＝（2／3）×(ｘ／2)
解得：ｘ=0．031ｍｏｌ
故参加反应的ＮＨ４ＮＯ３的质量为：
0．031ｍｏｌ×80ｇ／ｍｏｌ＝2．48ｇ
三、单一气体溶于有关溶液的计算
有些气体在水中的溶解性不大(例如Ｃｌ２、ＣＯ２等），但却十分易溶于某些溶液（例如ＮａＯＨ溶液等），其原因是气体与溶液中的溶质发生了反应。解答这类题目时应根据题意写出有关的化学方程式后，再结合题给数据列式计算。
例3已知Ｃｌ２在60℃的ＮａＯＨ水溶液中能同时发生两个自身氧化还原反应，反应完全后测得溶液中ＮａＣｌＯ与ＮａＣｌＯ３的物质的量之比为5∶2。现将Ｃｌ２通入到足量的60℃的ＮａＯＨ溶液中，若反应中共有1．5ｍｏｌ电子发生转移且反应后溶液的体积为500ｍＬ。计算各生成物（除Ｈ２Ｏ外）的物质的量浓度。
分析：常温下Ｃｌ２虽溶于水，但溶解度不大，故在实验室中一般选用ＮａＯＨ溶液吸收Ｃｌ２。这是因为ＮａＯＨ溶液能与Ｃｌ２反应，生成ＮａＣｌＯ、ＮａＣｌＯ３、ＮａＣｌ等物质，加大了Ｃｌ２在其中溶解度的缘故.
解答本题的关键是在审清题意的基础上写出有关的反应方程式：
　11Ｃｌ２＋22ＮａＯＨ＝5ＮａＣｌＯ＋2ＮａＣｌＯ３＋15ＮａＣｌ＋11Ｈ２Ｏ
因生成ＮａＣｌ物质的量等于反应中转移的电子的物质的量，根据以上方程式可得：
ｃ（ＮａＣｌ）＝（1．5ｍｏｌ／0．5Ｌ)＝3ｍｏｌ／Ｌ
ｃ（ＮａＣｌＯ）＝（0．5ｍｏｌ／0．5Ｌ)＝1ｍｏｌ／Ｌ
ｃ(ＮａＣｌＯ３）＝（0．2ｍｏｌ／0．5Ｌ）＝0．4ｍｏｌ／Ｌ
四、混合气体溶于水的计算
将水中溶解度不大的数种气体混合后通入水中，若气体的溶解度显著增大，则可判断混合气体与水发生了化学反应，且大多为氧化还原反应。这类题目将基本概念、元素化合物、化学计算等知识融为一体，综合性强,能力要求高,解答时宜采用化大为小，各个击破的解题策略.
例4　将一支充满Ｃｌ２和ＮＯ２混合气体的试管Ａ与另一支充满ＳＯ２和Ｏ２混合气体的试管B同时插入盛有足量水的烧杯中，稍后发现两试管中都充满了溶液。若气体被溶液完全吸收，且最终溶液的总体积为200ｍＬ，其中ｃ（Ｈ＋）＝0．01ｍｏｌ／Ｌ，ｃ（ＮＯ３－）＝0．005ｍｏｌ／Ｌ.求两试管中原混合气体的平均相对分子质量各为多少？
分析:这是一道有新意的题目。解答本题的程序，可从溶质的浓度开始逐渐推出参加反应的各气体的物质的量，再依据平均相对分子质量的定义通过计算获取结果。
由题意知，气体溶于水后发生的化学反应及相关数据为：
4ＮＯ２＋Ｏ２＋2Ｈ２Ｏ4Ｈ＋　＋　　4ＮＯ３－
　0．001　　0．000　25　　　　　0．001　　0．005×0．2
　Ｃｌ２　　＋ＳＯ２＋2Ｈ２Ｏ4Ｈ＋＋2Ｃｌ－＋ＳＯ４２－
0．000250．00025　　　　0．01×0．2－0．001
故试管A中混合气体的平均相对分子质量：
M１＝（0．001ｍｏｌ×46ｇ／ｍｏｌ＋0．00025ｍｏｌ×71ｇ／ｍｏｌ）／(0．001ｍｏｌ＋0．00025ｍｏｌ）
　　＝51ｇ／ｍｏｌ
试管B中混合气体的平均相对分子质量:
　M２＝(0．000　25ｍｏｌ×32g／ｍｏｌ＋0．000　25ｍｏｌ×64ｇ／ｍｏｌ)／（0．000　25ｍｏｌ＋0．000　25ｍｏｌ）＝48ｇ／ｍｏｌ
五、混合气体溶于有关溶液的计算
这类题目是混合气体溶于水计算的延伸和深化,其不同点是溶液中的溶质参与了反应，由于反应物种类的增加，使反应变得更为复杂多样。在解题时要认真审题,分层思考，以反应物间的定量关系作为解题的突破口。
例5　硝酸工业尾气中的氮氧化物是主要大气污染物之一，其常用的治理方法是用碱液吸收,发生的化学反应有：
　ＮＯ＋ＮＯ２＋2ＮａＯＨ＝2ＮａＮＯ２＋Ｈ２Ｏ

　2ＮＯ２＋2ＮａＯＨ＝ＮａＮＯ２＋ＮａＮＯ３＋Ｈ２Ｏ
若用纯碱溶液替代ＮａＯＨ溶液，反应类似,并有ＣＯ２放出。现有标准状况下含aLＮＯ和bLＮＯ２的工业尾气被cLＮａ２ＣＯ３溶液恰好完全吸收，则a、b应满足的关系是__________,Ｎａ２ＣＯ３溶液的物质的量浓度是__________。
分析:用纯碱溶液吸收ＮＯ、ＮＯ２的反应方程式为：
　2ＮＯ２＋Ｎａ２ＣＯ３＝ＮａＮＯ３＋ＮａＮＯ２＋ＣＯ２
　ＮＯ２＋ＮＯ＋Ｎａ２ＣＯ３＝2ＮａＮＯ２＋ＣＯ２
分析上述反应方程式，不难发现，ＮＯ２可单独被Ｎａ２ＣＯ３溶液吸收，而ＮＯ必须与等体积的ＮＯ２混合后才能被Ｎａ２ＣＯ３溶液吸收，据此可知，若尾气能被Ｎａ２ＣＯ３完全吸收，则a∶b≤1。ＮＯ２　　　　　　　　　　　　＋ＮＯ＋　　　　　Ｎａ２ＣＯ３＝2ＮａＮＯ２＋ＣＯ２
（bL／22．4L/mol）（bL／22．4L/mol)（b／22．4）mol
2ＮＯ２　　　＋　　　　Ｎａ２ＣＯ３＝ＮａＮＯ３＋ＮａＮＯ２＋ＣＯ２
（(a—b）L)／22．4L/mol　　（1／2）×（a—b）／22．4mol
故吸收尾气时所需的Ｎａ２ＣＯ３的物质的量为：
(b／22．4）mol+(1／2）×（a-b）／22．4mol=（（a+b）／44。8）mol
Ｎａ２ＣＯ３物质的量浓度：
c（Ｎａ２ＣＯ３)＝（（a+b）／44.8）cmol／Ｌ

已知氨水极易溶于水,在标准状况下，一体积水可以可以溶700体积氨气，试计算氨已知氨水极易溶于水，在标准状况下,一体积水可以可以溶700体积氨气，试计算氨水的物质的量浓度.（密度为ρ)水的物质的量浓度。（密度为ρ)
应该是1体积溶解了700体积NH3的氨水，设溶解这些NH3的水的体积是VL，溶解的NH3体积是700VL，用公式c = ρ(液)·V（气） / [M(气）·V(气) + Vm·m(水)]可以求出氨水的物质的量浓度：
c(氨水） = ρ·700VL / ［17g/mol·700VL + 22.4L/mol·（VL·1000g/L)] = ρ/49 mol/L。
气体溶于水形成的溶液的物质的量浓度的计算公式的推导过程:
c（气) = n（气) / V(溶液) = [V（气）/Vm] / [m(溶液）/ρ(溶液)] = ［V(气）/Vm] / ［(m（气）+m(水))/ρ(溶液）] = ［V(气)/Vm］ / [（M(气)·n(气）+m（水)）/ρ（溶液)] = ［V(气）/Vm] / [（M(气）·(V（气）/Vm）+m(水))/ρ(溶液)］ = [V（气）/Vm］ / ［（M(气）·V（气)+Vm·m(水)）/ρ（溶液）·Vm］ = ［ρ（溶液)·v（气)］ / [M(气）·V(气)+Vm·m(水）］