发布时间 : 星期三 文章初中化学中的天平平衡问题更新完毕开始阅读8427edf5793e0912a21614791711cc7931b778ce
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3． 在天平的两盘上分别放入质量相等的烧杯，杯中各盛100g98%的稀硫酸溶液，向两个烧杯中同时放入哪组金属，反应终止时天平仍然平衡 （ ）
A 6g铁和6g锌 B.6.5g铁和6.5g锌 C 3g镁和3g铁 D 7g镁和7g铁
解析：此题旨在考查学生分析判断能力，解题关键是掌握酸、金属、氢气三种物质质量的关系。根据加入酸的质量相等，加入金属质量也相等，那么影响天平平衡的惟一因素就是放出氢气的质量。若两边生成氢气质量也相等，天平一定保持平衡。要使生成氢气质量相等的条件是等量的金属加入酸中，金属都过量，使酸中氢完全被置换，那么等量的酸生成氢气的质量必然相等。
解：设100g9.8%的稀硫酸完全反应，需要Fe、Zn、Mg的质量分别为X、Y、Z. Fe + H2SO4== FeSO4 + H2↑ 56 98 x 100g×9.8% x==5.6g
Zn + H2SO4==ZnSO4 + H2↑ 65 98
y 100g×9.8% y==6.5g
Mg + H2SO4== MgSO4 + H2↑ 24 98
z 100g×9.8% z==2.4g
通过计算分析，要使100g9.8%的稀硫酸完全反应，至少需要Fe5.6g、Zn6.5g、Mg2.4g，故A中6g锌不足，与6g铁生成的H2不等， B中6.5g铁和锌都能使硫酸完全反应，生成H2相等，C中3g铁不足，与3g镁生成H2不等，D中7g镁和铁也都能使硫酸完全反应，生成H2相等，故本题选B、D正确。
操练场：
1．（江苏省南京市中考题）在托盘天平两边各放一只烧杯，调节至平衡，在烧杯里分别注入质量相等、质量分数相同的稀硫酸，若在右盘投入一定质量的铁，恰好完全反应，为使天平仍保持平衡,应向左盘投入与铁质量相同的纯净金属是 （ ）
A .Mg B.AI C.Zn D.Ag
2．（哈尔滨市中考题）.在托盘天平的两个托盘上各放一个盛有足量的等质量的稀盐酸的烧杯，调节天平平衡，向左边烧杯中加入28g铁粉，再向右边烧杯中加入与其质量相等的下列混合物粉末，充分反应后，天平可能仍然平衡的是 ( )
A Mg和AI B CaCO3和 AI C Ba CO3 和Zn D Mg CO3 和K2CO3 答案：1． A B 2．C．
三、打破思维定势
4．如下图所示，在托盘天平的两边各放一只烧杯，调节至平衡。在两烧杯中分别注入相同质量分数、等质量且足量的盐酸，然后在右边烧杯中放入mg锌，在左边烧杯中放入mg铁（两边同时放入）。问反应开始至结束天平将如何摆动？
解析：由于受思维定势的影响此题容易误解，只从mg锌和mg铁全部溶解在盐酸中产生H2的多少来考虑，认为天平指针始终偏右，导致解答不完整。
天平指针的指向决定于两盘物质质量的大小。判断指针的偏转情况应抓住两个要点：第一，反应从开始到结束，哪盘烧杯中放出的氢气少，指针就偏向该盘。第二，反应过程中，哪盘烧杯放出的氢气速度慢（即质量减小的慢），指针就偏向该盘。
解：设mg铁、mg锌分别与足量的盐酸反应产生H2质量为X、Y.
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Fe + 2HCI==FeCI2 + H2↑ 56 2
mg X X= Zn + 2HCI==ZnCI2 + H2↑ 65 2 mg y y=
因为 ﹥ ，所以反应结束时，右盘放出的氢气少，指针偏右.由于锌产生H2速度快，铁产生H2速度慢，所以反应开始时，一段时间内左盘放出的H2比右盘少，指针偏左。由此可见，指针的偏转情况为：反应开始时，指针偏左，一段时间后，指针逐渐向右偏转，反应结束时，指针偏右。
操练场： 3．（天津市中考题）将盛有等质量、相同质量分数稀盐酸的两只烧杯，放在托盘天平左右两盘上，调节至平衡，再向两只烧杯中分别放入质量相等的镁和铝，待反应停止后，根据天平的平衡状况判断：
（1）若天平仍保持平衡，则反应物中一定无剩余的是 ；一定有剩余的是 。 （2）若天平失去平衡，则指针一定偏向放 的一方。 答案：3．（1）盐酸 铝 （2）镁
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初中化学中的天平平衡问题
2、有关金属与酸反应和天平平衡的计算，涉及的知识点较多，能力要求较高，是中考较难的题型，也是中考的热点。判断金属的量和酸的量哪个过量或题意不明时要分别讨论，是这类试题的难点和关键所在。试题以图像或天平平衡的形式将需要满足的（或需讨论的）条件隐含在其中，需要去寻求、挖掘。
例3、如图表示等质量的金属Mg和Al分别与足量且质量分数相等的稀硫酸反应，下列叙述正确的是（ ）
A．X表示反应所用时间，Y表示生成氢气的质量 B．X表示生成氢气的质量，Y表示反应所用时间
C．X表示滴加稀硫酸的质量，Y表示生成氢气的质量 D．X表示参加反应的金属的质量，Y表示生成氢气的质量
解析： 此题要求分析金属与酸反应中各种量之间的变化关系，涉及到金属的质量、酸的量、金属的活泼性、反应的速率、氢气的质量以及反应时间等多种量的变化。由题意，等质量的金属Mg和Al与足量且质量分数相等的酸反应，产生氢气的速率Mg＞Al，产生氢气的总量Mg＜Al，即产生等量氢气，Mg所用反应时间少，A、B选项是错误的。同时，产生等量氢气，所需金属的质量Al＜Mg，D选项错误。 答案：C
例4、在托盘天平两边各放一只烧杯，调节至平衡。在两只烧杯里注入相同质量、相同质量分数的足量稀盐酸，然后分别向左右两端烧杯中加入质量相等的Fe和金属A。有气体产生时，天平指针慢慢向左偏转(如图1)；指针偏转到一定角度后，又慢慢向右偏转；反应结束，天平指针指向右端(如图2)。则天平右端加入的金属A可能是（ ）
A．Zn B．Mg C．Cu D．Al
解析： 此题将金属与酸反应引起的质量变化以天平是否平衡来体现，天平平衡本身就隐含着质量相等这一等式关系，即m金属－mH2＝m’金属－m’H2
本题盐酸的量充足，且等质量、等质量分数，加入等质量的金属A时，指针向左偏转，由上述等式关系，说明金属A产生H2的速率快，即金属A的活泼性，强于铁。反应结束后，天平指针指向右端，说明金属产生氢气的总量A＜Fe，即相对原子质量A＞Fe，符合题意的选项为Zn。
例7、为了测定某铜锌合金的组成，某校化学课外活动小组利用该合金粉末与稀硫酸反应，进行了三次实验，所得相关的实验数据记录如下：
所取合金的质量/g 所用稀硫酸的质量/g 生成氢气的质量/g 第一次 10 50 0.2 第二次 10 80 0.2 第三次 20 50 0.2 ⑴计算该铜锌合金中金属锌的质量。
⑵从上表数据分析，当所取合金与所用稀硫酸的比为＿＿＿＿时，表明合金中的锌与稀硫酸恰好完全反应。
⑶所用合金与稀硫酸恰好完全反应时所得溶液中溶质的质量分数。
解析：此题要求通过分析数据，得出合金与稀硫酸正好反应的质量比，而此质量关系题目中三次实验都没有给出，要通过对比分析确定。“第一次”与“第二次”实验比较，合金质量为10g，增加稀硫酸的质量时，产生氢气的质量均为0.2g，表明此时硫酸过量，而合金中的锌反应完全；从“第三次”实验数据看，合金质量为20g，若硫酸足量，应产生氢气0.4g，而实验只产生0.2g氢气，表明此时合金过量，而硫酸反应完全。可见合金质量为10g，硫酸溶液质量为50g时，其中锌与硫酸恰好完全反应，即质量比为10g∶50g＝1∶5。
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答案：（1）由“第一次”与“第二次”实验数据分析，合金均为10g，增加稀硫酸的质量时，产生氢气的质量均为0.2g，表明此时硫酸足量，而合金中的锌完全反应，因此可用产生氢气的质量0.2g，求出10g合金中所含锌的质量。
解：设合金中锌的质量为x，生成硫酸锌质量为y。 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ 65 161 2 x y 0.2g x=6.5g （2）1∶5
（3）由（1）得： ， y＝16.1g
所得溶液中ZnSO4的质量分数： ×100％＝28.6％ 答：所得溶液中溶质的质量分数为28.6％。
2、有5.6g不纯的铁跟足量的稀硫酸反应，生成了0．22 g的氢气，则铁中混有的杂质可能是下列中的( ) A．Zn B．Al C．Cu D．Ag
8、小华想测定Cu-Zn合金及Cu-Ag合金中铜的质量分数，实验室只提供一瓶未标明质量分数的稀盐酸和必要的仪器。
⑴你认为能测出其铜的质量分数的是____________合金；
⑵小华取该合金的粉末32.5g，与足量该盐酸充分反应，经测定，产生了0.4g气体请求出该合金中铜的质量分数。
⑶若想测出该盐酸的质量分数，你认为实验时必须提供和测出的数据是______（选填序号）。 A．参加反应的合金质量 B．参加反应的稀盐酸的质量 C．参加反应的稀盐酸的体积和密度 D．产生气体的质量
计算金属与酸反应生成氢气的题目，一般可以利用方程式进行计算，但需要写出方程式后带入数值，较复杂。实际在题目中又往往不会单独出现这样的问题，而常常作为中间计算。这时占用过多时间就不值得了。因此需要一种快速计算的方法。如果是金属过量或足量时，可利用酸内氢元素守恒计算；若酸足量或过量时，可利用“量价比”进行计算。
所谓“量价比”，指的是金属元素的相对原子质量与该金属元素在酸中的化合价的绝对值之间的比值（用M表示），如：Mg相对原子质量为24，在与酸反应后盐中化合价为＋2，则其量价比为24／2＝12。然后带入公式：m金属＝M×m氢气进行计算就可以了。例如：要求36g金属镁与足量稀盐酸可产生多少克氢气时，就可以把36g金属质量带入公式计算得到氢气质量3g，这样计算方便、准确。而且在比较不同金属产生氢气质量时更为方便，量价比越大，消耗金属越多、产生氢气越少。这都可以从前面公式中推导得到。
从实际意义看，量价比是产生1g氢气时所需要的金属质量，同学可自行计算验证。 天平问题一般是讨论天平是否平衡，或者向哪个方向偏转，这样可分成三种情况讨论： （1）金属都有剩余，则说明两烧杯内酸都消耗掉，因而天平平衡；
（2）金属都不剩余，等质量不同金属产生H2的质量不同，量价比小的金属产生氢气多，因此天平向另一方偏转；
（3）当有一种金属剩余，说明此烧杯内酸完全反应，而另一无金属剩余的烧杯内，酸若也恰好完全反应，则天平平衡，但若酸有剩余，则天平向无金属剩余的烧杯一方偏转。
所以综上所述，天平最后是否平衡只有两种可能，一是平衡，二是向量价比大的一方偏转。