馮存良
阿伏加德羅常數(shù)試題(即NA試題)是高考化學(xué)命題的熱點,所考查的知識一般是學(xué)生的薄弱點、易錯點和痛點。這類題雖然一般以單選題的形式出現(xiàn),但涵蓋的知識面廣,涉及學(xué)生不易記憶,不好區(qū)分的知識,能很好地考查學(xué)生思維的嚴(yán)密性。為此,筆者通過深入研究近幾年的高考試題,分析高考NA試題的命題考查方向,命題的規(guī)律與特點,總結(jié)出命題人在題目設(shè)置的常見陷阱類型,并給出針對不同陷阱類型的破解方法。
一、解答阿伏加德羅常數(shù)類題目的三“步”曲
第一步:看——查看物質(zhì)的狀態(tài)和外界條件
第二步:定——確定研究對象的狀態(tài)和外部條件
第三步:算——根據(jù)所求內(nèi)容進(jìn)行計算
二、阿伏加德羅常數(shù)類題目的陷阱
一定體積的氣體中微粒數(shù)目的分析
解這類題要注意兩點:
一是看氣體是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃,101kPa)。當(dāng)題干中設(shè)置“常溫常壓”“室溫”等條件時,就不能用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體摩爾體積求解粒子數(shù)目。
二是看標(biāo)準(zhǔn)狀況下物質(zhì)是否為氣體(如水、苯、汽油、四氯化碳、乙醇、甲醇、CH2Cl2、CHCl3、SO3、HF等在標(biāo)準(zhǔn)狀況下均不為氣態(tài))。只有物質(zhì)為氣體,并且處在標(biāo)準(zhǔn)狀況下才能使用Vm=22.4L·mol-1進(jìn)行有關(guān)計算;當(dāng)題干中所給物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為非氣態(tài)物質(zhì)時,無法用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體摩爾體積求解粒子數(shù)目。
一定物質(zhì)中原子、中子、質(zhì)子、電子等數(shù)目的分析
解答此類題型,要求同學(xué)們對物質(zhì)的微觀構(gòu)成非常熟悉,能弄清楚微粒中相關(guān)粒子數(shù)(質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、電子數(shù))及離子數(shù)、電荷數(shù)、化學(xué)鍵之間的關(guān)系。
具體方法:先計算出一個物質(zhì)中所含微觀粒子數(shù)目,再根據(jù)題目條件計算出該物質(zhì)的物質(zhì)的量,進(jìn)而計算出物質(zhì)中所含微觀粒子數(shù)目的物質(zhì)的量,最后根據(jù)微粒數(shù)、物質(zhì)的量、NA三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,確定微觀粒子的數(shù)目。
若物質(zhì)為混合物,先求混合物中各物質(zhì)的最簡式;若最簡式相同,可先求最簡式的物質(zhì)的量,然后求解目標(biāo)粒子數(shù)目。若最簡式不同,可先計算兩物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是否相同。當(dāng)摩爾質(zhì)量相同時,可先求兩物質(zhì)的總物質(zhì)的量,然后求解目標(biāo)粒子的數(shù)目。如14 g乙烯與丙烯中所含的碳原子數(shù)為NA;22 g CO2 和N2O 混合物中所含的原子數(shù)為1.5NA。??疾榈倪€有O2和O3,NO2和N2O4等。
需要記住的一些特殊微粒特點:
(1)Ne:是單原子分子;
(2)臭氧(O3)、白磷(P4):多原子分子中的原子個數(shù);
(3)D2O:H(11H)、D(21H)、T(31H)三者中的中子數(shù)不同;
(4)16O、17O、18O、35Cl、37Cl中的中子數(shù)不同;
(5)-OH與OH-的電子數(shù)不同,NH4+與NH2-的電子數(shù)相同;
(6)Na2O2、Na2O、KO2中的陰、陽離子個數(shù)比。
一定量的物質(zhì)中化學(xué)鍵數(shù)目的分析
(1)物質(zhì)的化學(xué)鍵
金剛石:1 mol金剛石(或晶體硅)中含有的C-C鍵(或Si-Si鍵)數(shù)為4NA;
石墨:1 mol石墨中含有的C-C鍵數(shù)為1.5NA;
SiO2:1mol含4mol Si-O鍵;
苯:苯環(huán)中的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種獨特的鍵,不含有碳碳雙鍵,含有6個C-H;
白磷(P4): 11 mol白磷(P4)中含有的P-P鍵的數(shù)目為6NA;
1 mol Na2O2、CaC2中含O22- 、CO22-分別是1 mol;
烴及其衍生物:通過書寫其結(jié)構(gòu)簡式確定化學(xué)鍵。
電解質(zhì)溶液中微粒數(shù)目的分析
此類題的解題思路為:已知量(溶液的體積及溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度)→物質(zhì)的量→分析粒子種類及個數(shù)(溶質(zhì)的電離、水解、溶劑所含粒子等)→目標(biāo)粒子數(shù)目。
五個易錯點:
(1)“已知濃度缺體積”及“已知體積缺濃度”
以上兩種情況均無法求解溶液中所含目標(biāo)粒子的數(shù)目。如,25 ℃ 時,有同學(xué)認(rèn)為pH=13的NaOH溶液中所含OH-的數(shù)目為 0.1NA,事實上因為缺少溶液的體積無法計算OH-的數(shù)目,故此說法錯誤。
(2)忽略溶劑
當(dāng)溶劑中也含有所求的粒子時,不少同學(xué)往往習(xí)慣性地只考慮溶質(zhì)中所含粒子,而忽視了溶劑中所含粒子導(dǎo)致出錯。如在50 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%的乙醇水溶液中,得出含氫原子數(shù)目為3NA,這就是由于陷入思維定式,忽視溶劑水中也含有氫原子而出錯。
(3)膠體中微?!俜肿訑?shù)目
膠體中微粒是多個微粒的聚合體。如0.1L1mol/L的飽和氯化鐵溶液滴入沸水中,生成的膠體含膠粒數(shù)目小于0.1NA.。
(4)電離
當(dāng)溶質(zhì)為弱電解質(zhì)時,其在溶液中部分電離,溶液中所含的分子數(shù)及電離出的離子數(shù)目均無法直接求解,如1L 1 mol·L-1的氨水中有NA個NH4+:一水合氨為弱電解質(zhì),不能全部電離,故氨水中所含NH4+的數(shù)目小于NA,錯誤。
(5)水解
當(dāng)電解質(zhì)在溶液中發(fā)生水解時,溶液中發(fā)生水解的離子數(shù)目無法直接求解。如將0.1 mol FeCl3配成1 L溶液,有同學(xué)認(rèn)為所得溶液含有0.1NA個Fe3+,事實上Fe3+部分水解導(dǎo)致所配溶液中的Fe3+減少,從而使溶液中的Fe3+數(shù)目小于0.1NA,錯誤。
氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目的分析
解答此類題應(yīng)掌握氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)和得失電子守恒規(guī)律。掌握??挤磻?yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù):
反應(yīng) 物質(zhì) 轉(zhuǎn)移電子數(shù)(NA)
Na2O2+CO2(或H2O) 1 mol Na2O2 1
1 mol O2 2
Cl2+NaOH(H2O) 1 mol Cl2 1
Cl2+Fe 1 mol Cl2 2
Cu+S 1 mol Cu 1
IO4+ + I? (+H+) 1 mol I2
NH4NO3→N2 1 mol N2 3.75
CIO3- +Cl?(+H+) 3 molCl2 5
NH4NO2→N2 1 mol N2 3
注意氧化順序,如向FeI2溶液中通入氯氣,氯氣先氧化碘離子,再氧化亞鐵離子。注意量不同,所表現(xiàn)的化合價不同。如,1 mol Fe與少量的稀HNO3反應(yīng)時生成Fe(NO3)2,轉(zhuǎn)移 2NA個電子;1 mol Fe與足量的稀HNO3反應(yīng)時生成Fe(NO3)3,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3NA。
特殊反應(yīng)或隱含反應(yīng)中NA的分析
(1)可逆反應(yīng)類型
因為可逆反應(yīng)進(jìn)行不完全,當(dāng)沒給出轉(zhuǎn)化率時,不能求出準(zhǔn)確的目標(biāo)粒子數(shù)目。如,某密閉容器盛有0.1 mol N2和0.3 mol H2,在一定條件下充分反應(yīng),有同學(xué)認(rèn)為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.6NA。事實上該反應(yīng)為可逆反應(yīng),進(jìn)行程度不確定,無法準(zhǔn)確求解轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目。
(2)溶液濃度變化使反應(yīng)停止的類型
因為酸的濃度變化使反應(yīng)停止,難以求出準(zhǔn)確的目標(biāo)粒子數(shù)目。如,80 mL 12 mol·L-1的濃鹽酸與足量MnO2反應(yīng),有同學(xué)認(rèn)為生成Cl2的分子數(shù)目為0.24NA。事實上隨著反應(yīng)進(jìn)行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸,反應(yīng)停止,無法準(zhǔn)確求解生成的Cl2的分子數(shù)目。
(3)物質(zhì)組成不能確定的類型
當(dāng)某些物質(zhì)混合或反應(yīng)進(jìn)行一段時間后,產(chǎn)物的種類變化或物質(zhì)的量不定,難以求出準(zhǔn)確的目標(biāo)粒子數(shù)目。如,標(biāo)準(zhǔn)狀況下,5.6 L NO和5.6 L O2混合后的分子總數(shù)為0.5NA;兩種氣體混合后生成NO2,有同學(xué)認(rèn)為,若不考慮NO2部分轉(zhuǎn)化為N2O4,氣體的體積為8.4 L,物質(zhì)的量為0.375 mol。事實上,混合氣體中存在可逆反應(yīng)2NO2N2O4,故無法準(zhǔn)確求解分子數(shù)目。
和物質(zhì)所處狀態(tài)無關(guān)的量的分析
這一類題中所給出的物質(zhì)一般是一定的質(zhì)量或物質(zhì)的量,同時還會給出一些干擾因素,如常溫常壓,物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為液體等,因為只要質(zhì)量或物質(zhì)的量不變,物質(zhì)所含微粒數(shù)目就不變,與物質(zhì)所處狀態(tài)無關(guān)。