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例 向含有1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液中加入1 mol·L-1的Ba(OH)2溶液,产生沉淀的物质的量(n)与加入Ba(OH)2溶液体积(V)间的关系图(如图1所示)正确的是( )
图1
常规分析::向含有1mol HCl和1mol MgSO4的混合溶液中加入1mol·L-1的Ba(OH)2溶液时,可以发生如下化学反应:
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O
BaCl2+MgSO4=BaSO4↓+ MgCl2
Ba(OH)2 +MgSO4=BaSO4↓+ Mg(OH)2↓
Ba(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+ BaCl2
通过分析上述化学方程式,不易划分出明显的反应先后顺序和反应过程,教师讲不清,有时甚至是通过事先知道的参考答案用倒推法搪塞学生,学生难听懂,不服气,课堂效果较差.
创新解法:
(1)根据复分解反应的本质和发生的条件,同一反应体系中,生成沉淀和生成水的反应是同时进行的,因此,向含有1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液中加入Ba(OH)2时,若在含有HCl和MgSO4的混合溶液中拆分出H2SO4,有利于分离出一个Ba(OH)2与混合溶液(H2SO4)既能生成沉淀同时又能生成水的明显的化学反应;当混合溶液中的H+消耗完后,Ba(OH)2才能与Mg2+(MgSO4或MgCl2)发生反应,因为有H+的的存在,OH-不能与Mg2+产生Mg(OH)2沉淀.
(2)1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液中含有n(H+)=1mol、n(Cl-)=1mol、n(Mg2+)=1 mol、n(SO2-4)=1 mol,根据质量守恒定律,混合溶液中各元素应守恒.因此,可以将1mol HCl和1 mol MgSO4折合成:0.5molH2SO4、0.5 mol MgSO4、0.5 mol MgCl2.
(3)通过以上(1)、(2)分析知,当Ba(OH)2加入含有1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液时,发生如下较为明显的反应:
①Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O
②Ba(OH)2+MgSO4=BaSO4↓+ Mg(OH)2↓
③Ba(OH)2+MgCl2= Mg(OH)2↓+ BaCl2
反应先后的分析:反应①生成BaSO4沉淀和水,反应②生成BaSO4沉淀和Mg(OH)2沉淀,因为有H+存在时,OH-不能与Mg2+反应生成Mg(OH)2沉淀,待H+完全反应后,OH-与Mg2+才能开始生成Mg(OH)2沉淀,因此,反应②必定在反应①之后;反应③只生成Mg(OH)2一种沉淀,而反应②生成BaSO4和Mg(OH)2二种沉淀,根据复分解反应的本质和发生的条件,反应②应比反应③优先反应.
综上所述,反应应分为三个阶段进行,反应的先后顺序为:①>②>③.
图2
(4)第一阶段:根据反应①知,
n[Ba(OH)2]=n(BaSO4)=n(H2SO4)= 0.5mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积
V[Ba(OH)2]=0.5 mol1 mol/L=0.5 L,生成的沉淀只有BaSO4一种,其物质的量为0.5mol,反映在图2中的
O-a段.
第二阶段:根据反应②知,
2n[Ba(OH)2]=n(BaSO4)+n[Mg(OH)2]=2n(MgSO4)=2×0.5mol=1mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积V[Ba(OH)2]
=0.5 mol1 mol/L=0.5 L
,又生成的沉淀有BaSO4和Mg(OH)2两种,其物质的量之和为1 mol, 反映在图中的a-b段.此时沉淀总量为1.5mol,加入Ba(OH)2溶液的总体积为1 L.
第三阶段:根据反应③知,n[Ba(OH)2]=n[Mg(OH)2]=n(MgCl2)=0.5 mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积V[Ba(OH)2]=0.5 mol1 mol/L=0.5 L,又生成0.5 mol Mg(OH)2沉淀,反映在图2中的b-c段.此时沉淀总量为2 mol,加入Ba(OH)2溶液的总体积为1.5 L.
答案:(D)
图1
常规分析::向含有1mol HCl和1mol MgSO4的混合溶液中加入1mol·L-1的Ba(OH)2溶液时,可以发生如下化学反应:
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O
BaCl2+MgSO4=BaSO4↓+ MgCl2
Ba(OH)2 +MgSO4=BaSO4↓+ Mg(OH)2↓
Ba(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+ BaCl2
通过分析上述化学方程式,不易划分出明显的反应先后顺序和反应过程,教师讲不清,有时甚至是通过事先知道的参考答案用倒推法搪塞学生,学生难听懂,不服气,课堂效果较差.
创新解法:
(1)根据复分解反应的本质和发生的条件,同一反应体系中,生成沉淀和生成水的反应是同时进行的,因此,向含有1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液中加入Ba(OH)2时,若在含有HCl和MgSO4的混合溶液中拆分出H2SO4,有利于分离出一个Ba(OH)2与混合溶液(H2SO4)既能生成沉淀同时又能生成水的明显的化学反应;当混合溶液中的H+消耗完后,Ba(OH)2才能与Mg2+(MgSO4或MgCl2)发生反应,因为有H+的的存在,OH-不能与Mg2+产生Mg(OH)2沉淀.
(2)1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液中含有n(H+)=1mol、n(Cl-)=1mol、n(Mg2+)=1 mol、n(SO2-4)=1 mol,根据质量守恒定律,混合溶液中各元素应守恒.因此,可以将1mol HCl和1 mol MgSO4折合成:0.5molH2SO4、0.5 mol MgSO4、0.5 mol MgCl2.
(3)通过以上(1)、(2)分析知,当Ba(OH)2加入含有1 mol HCl和1 mol MgSO4的混合溶液时,发生如下较为明显的反应:
①Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O
②Ba(OH)2+MgSO4=BaSO4↓+ Mg(OH)2↓
③Ba(OH)2+MgCl2= Mg(OH)2↓+ BaCl2
反应先后的分析:反应①生成BaSO4沉淀和水,反应②生成BaSO4沉淀和Mg(OH)2沉淀,因为有H+存在时,OH-不能与Mg2+反应生成Mg(OH)2沉淀,待H+完全反应后,OH-与Mg2+才能开始生成Mg(OH)2沉淀,因此,反应②必定在反应①之后;反应③只生成Mg(OH)2一种沉淀,而反应②生成BaSO4和Mg(OH)2二种沉淀,根据复分解反应的本质和发生的条件,反应②应比反应③优先反应.
综上所述,反应应分为三个阶段进行,反应的先后顺序为:①>②>③.
图2
(4)第一阶段:根据反应①知,
n[Ba(OH)2]=n(BaSO4)=n(H2SO4)= 0.5mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积
V[Ba(OH)2]=0.5 mol1 mol/L=0.5 L,生成的沉淀只有BaSO4一种,其物质的量为0.5mol,反映在图2中的
O-a段.
第二阶段:根据反应②知,
2n[Ba(OH)2]=n(BaSO4)+n[Mg(OH)2]=2n(MgSO4)=2×0.5mol=1mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积V[Ba(OH)2]
=0.5 mol1 mol/L=0.5 L
,又生成的沉淀有BaSO4和Mg(OH)2两种,其物质的量之和为1 mol, 反映在图中的a-b段.此时沉淀总量为1.5mol,加入Ba(OH)2溶液的总体积为1 L.
第三阶段:根据反应③知,n[Ba(OH)2]=n[Mg(OH)2]=n(MgCl2)=0.5 mol,则加入Ba(OH)2溶液的体积V[Ba(OH)2]=0.5 mol1 mol/L=0.5 L,又生成0.5 mol Mg(OH)2沉淀,反映在图2中的b-c段.此时沉淀总量为2 mol,加入Ba(OH)2溶液的总体积为1.5 L.
答案:(D)