溶质质量分数:
1.
概念:溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。
2.
表达式:溶质质量分数=
=
3.
含义:溶质质量分数的含义是指每100份质量的溶液中含有溶质的质份为多少。如100g10%的NaCl溶液中含有10gNaCl.。不要误认为是100g水中含有10gNaCl。
应用溶质质量分数公式的注意事项: ①溶质的质量是指形成溶液的那部分溶质,没有进入溶液的溶质不在考虑范围之内。如在20℃时,100g水中最多能溶解36gNaCl,则20gNaCl放入50g 水中溶解后,溶质的质量只能是18g。
②溶液的质量是该溶液中溶解的全部溶质的质量与溶剂的质量之和(可以是一种或几种溶质)。
③计算时质量单位应统一。
④由于溶液的组成是指溶液中各成分在质量方面的关系,因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只有在不超过其最大溶解范围时才有意义。
例如在20℃时,NaCl溶液中溶质的质量分数最大为26.5%,此时为该温度下氯化钠的饱和溶液,再向溶液中加入溶质也不会再溶解,浓度也不会再增大。因此离开实际去讨论溶质质量分数更大的NaCl溶液是没有意义的。
⑤运用溶质质量分数表示溶液时,必须分清溶质的质量、溶剂的质量和溶液的质量。
a.结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
b.当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
c.若两种物质能发生反应,有沉淀或气体生成,此时溶液中的溶质质量分数=
影响溶质质量分数的因素:
(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录,与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变,溶质的质量分数也会改变,但归根结底,变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而,影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例如:
①将饱和的NaNO
3溶液降低温度,由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少,溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小。
②将饱和的NaNO
3溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液,溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变。
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量分数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液,溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)
利用公式的基本计算 ①已知溶质、溶剂的质量,求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
×100%
②已知溶液、溶质的质量分数,求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量分数,求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时,计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的,不能以体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)
溶液的稀释与浓缩
|
方法 |
计算依据 |
计算公式 |
溶液的稀释 |
①加水稀释 ②加稀溶液稀释 |
①加水稀释前后,溶液中溶质的质量不变 ②用稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% |
溶液的浓缩 |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
注意:
a.几种溶液混合,溶液的体积不能简单相加,即V
总≠V
A+V
Bb.混合后溶液的质量、溶质的质量可以相加,即m
总=m
A+m
B
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)
饱和溶液中溶质质量分数的计算a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
×100g]可推导出:
,
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
|
溶解度 |
溶质质量分数 |
意义 |
物质溶解性的量度,受外界温度的影响 |
表示溶液中溶质质量的多少,不受外界条件影响 |
容积要求 |
100g |
无要求 |
温度要求 |
与温度有关 |
一般与温度无关 |
溶液是否饱和 |
一定达到饱和 |
不一定饱和 |
计算公式 |
×100g |
|
单位 |
克 |
无单位 |
联系 |
饱和溶液中溶质的质量分数= |
特殊的溶质质量分数的计算:(1)
结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。
如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
(2)
溶质只能是已溶解的那一部分,没有溶解的不能做溶质计算
如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时,NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl,如溶质的质量为18g,而不是20g,所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)
当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
(4)
某混合物溶于水,要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量如5gNaCl和1gKNO3的混合物溶于100g水,计算NaCl的溶质质量分数:
ω(NaCl)=5g/(5g+1g+100g)×100%=4.7%。
(5)
利用元素的质量分数进行计算
溶液中溶质的质量分数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系。溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数的不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液,取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶质质量分数均相同的两种溶液混合,所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时,向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的物质来说,将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
合金的概念:合金是在金属中加热熔合某些金属或非金属形成的具有金属特性的物质。
①合金可以是金属与金属或金属与非金属的混合物,不一定全部由金属组成。
②合金具有金属特性,如导电性、导热性、延展性等。
③合金是几种成分熔合在一起形成的,发生的是物理变化,不是化学变化;合金不是几种成分简单地混合而成的。
④合金中各成分仍保持自己的性质。
合金与组成它们的金属的性质比较:金属熔合了其他金属或非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部结构也发生了改变,从而引起性质的变化。因而合金比纯金属具有更广泛的用途。 纯金属与合金性质的比较:
①合金一般比其组分金属的颜色更鲜艳。
②合金的硬度一般应工组成它的金属。
③合金的熔点一般低于成它的金属。
④合金的抗腐蚀能力一般强工组成它的金属。
⑤合金的导电性、导热隆能一般差于组成它的金属。
生铁和钢的比较:
|
|
|
含碳量 |
2%—4% |
0.03%—2% |
其他元素 |
Si、Mn、S、P(少量) |
Si、Mn等 |
机械性能 |
硬而脆,无韧性 |
坚硬,韧性大,塑性好,有弹性 |
机械加工性质 |
可铸不可锻 |
可铸,可锻,可压延 |
分类 |
白口铁,灰口铁,球墨铸铁 |
碳素钢,合金钢 |
知识点拨:
①生铁和熟铁:生铁是指含碳债在 2%一4.3%之间的铁合金,熟铁是用生铁精炼而成的较纯的铁,含碳量低于0.02%。
②生铁与铸铁:铸铁是生铁中的一种,是指可用来铸造的生铁,通常指球墨铸铁。
③碳素钢的性能与含碳址有关,含碳量越高,硬度越大,但韧性越差;含碳量越低,韧性越好,但硬度越小。
④纯铁与日常生活中铁的颜色差异日常生活,我们接触的铁一般不是纯铁,而是一些铁的氧化物或含铁的混合物,故我们常见的铁的颜色是黑色的,但它并不是纯铁的颜色,纯铁的颜色是银白色的。
应用广泛的合金:
(1)铁合金:铁合金包括生铁和钢,生铁和钢的主要成分是铁,钢与生铁的各种性能不同,主要是由于二者的含碳量不同。
生铁与钢的种类
(2)生铁与钢:
生铁的含碳量为2%—4.3%
钢的含碳量为0.03%—2%
(3)钛和钛合金:钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。
①性质:优异的耐腐蚀性,对海水、空气和若干腐蚀介质都稳定,可塑性好,强度大,密度小,又称亲生物金属;
②用途:喷气发动机、飞机.机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、人造骨、海水淡化设备、海轮和舰艇的外壳等。
定义:
金属活动性指金属单质在水溶液中失去电子生成金属阳离子的性质。
常见金属活动性顺序: K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au
金属活动性顺序表的意义 (1)金属的位置越靠前,它的活动性越强
(2)位于氢前面的金属能置换出酸中的氢(强氧化酸除外)。
(3)位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。
(4)很活泼的金属,如K、Ca、Na与盐溶液反应,先与溶液中的水反应生成碱,碱再与盐溶液反应,没有金属单质生成。如:
2Na+CuSO
4+2H
2O==Cu(OH)
2↓+Na
2SO
4+H
2↑
(5)不能用金属活动性顺序去说明非水溶液中的置换反应,如氢气在加热条件下置换氧化铁中的铁:
Fe
2O
3+3H
22Fe+3H
2O
金属原子与金属离子得失电子能力的比较
金属活动性顺序表的应用 (1)
判断某些置换反应能否发生 a.判断金属与酸能否反应:
条件:
①金属必须排在氢前面
②酸一般指盐酸或稀硫酸
b.判断金属与盐溶液能否反应:
条件:
①单质必须排在盐中金属的前面
②盐必须可溶于水
③金属不包含K、Ca、Na
(2)
根据金属与盐溶液的反应判断滤液、滤渣的成分。如向CuSO
4,AgNO
3混合液中加铁粉,反应后过滤,判断滤液和滤渣成分。铁与CuSO
4和AgNO
3溶液反应有先后顺序,如果铁足量,先将AgNO
3中的Ag完全置换后再置换CuSO
4中的Cu,那么溶液中只有FeSO
4;如果铁的量不足,应按照“先后原则”分别讨论滤液和滤渣的成分。
(3)根据金属活动性顺序表判断金属与酸反应的速率或根据反应速率判断金属的活动性顺序。如镁、锌、铁三种金属与同浓度的稀H
2SO
4反应产生氢气的速率:Mg>Zn>Fe,则可判断金属活动性Mg>Zn>Fe,
(4)
利用金属活动性顺序表研究金属冶炼的历史。金属活动性越弱,从其矿物中还原出金属单质越容易; 金属活动性越强,从其矿物中还原出金属单质越难。所以越活泼的金属越不易冶炼,难于冶炼的金属开发利用的时间就越迟。
(5)
应用举例 a.湿法炼铜我国劳动人民在宋代就掌握了湿法炼铜技术,即将铁放入硫酸铜溶液中置换出铜: Fe+CuSO
4=FeSO
4+Cu。
b.从洗相废液中回收银洗相废掖中含有大量的硝酸银,可用铁置换回收: Fe+2AgNO
3==Fe(NO
3)
2+2Ag。
c.处理工业废水中的铜、汞离子工业废水中常含铜、汞等金属离子,这些离子对生物有很大的危害,在排放前必须进行处理,可用铁置换回收:Fe+CuSO
4==FeSO
4+Cu
d.实验室选择金属与酸反应制取氢气在金属活动性顺序表中,H之前的金属都能跟稀 H
2SO
4、稀HCl反应产生氢气,但Zn之前的金属与酸反应太快。不便操作;Zn之后的金属与酸反应太慢,花费时间太长,从经济效益和反应速率多方而考虑,Zn是最合适的金属。
金属与混合溶液的反应 (1)将一种金属单质放入几种金属的盐溶液的混合液中时,其中排在金属活动性顺序表巾最靠后的金属最先被置换出来,然后再依次置换出稍靠后的金属。简记为“在金属活动性顺序中,距离远,先反应”。如将金属Zn。放入FeSO
4和CuSO
4的混合溶液中,Zn先与CuSO
4发生置换反应,与CuSO
4反应完后再与FeSO
4 发生置换反应。根据金属锌的最不同可分为以下几种情况:
金属锌的量 |
析出金属 |
滤液的成分 |
锌不足(不能与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4、CuSO4 |
锌不足(恰好与CuSO4溶液完全反应) |
Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌不足(不能与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4、FeSO4 |
锌适量(恰好与FeSO4溶液完全反应) |
Fe、Cu |
ZnSO4 |
锌足量 |
Zn、Fe、Cu |
ZnSO4 |
(2)将几种不同的金属放入同一种盐溶液中,发生反应的情况与将一种金属放入几种金属的盐溶液中相似,也是在金属活动性顺序表中,距离越远的先反应,然后是距离较远的反应。
金属与酸反应生成氢气图像问题的分析方法:(1)等质氢图:两种金属反应产生的氢气质量相同,此图反映两种情况:
①酸不足,金属过虽,产生的氢气质量由酸的质量决定。
②酸足量,投放的两种金属与酸反应产生氢气的质量恰好相同,如6.5g锌和5.6g铁分别投入足量的盐酸中反应产生的氢气质量相同。
(2)等质等价金属图:如等质量的镁、铁、锌与足量的酸反应生成的金属离子都是+2价,产生氢气的速率和质量不同。此图反映出:
①金属越活泼,图示反应物的线越陡,如Mg线比Zn线陡,Zn线比Fe线陡,说明活泼性Mg>Zn>Fe
②金属的相对原子质量越小。等质量时,与酸反应产生的氢气越多,曲线的拐点越高,因此,相对原子质量Zn >Fe>Mg。
可简单概括为:越陡越活,越高越小。
(3)等质不等价金属图:铝、镁、锌与酸反应生成金属离子的化合价分别为+3、+2、+2,此图反映出等质不等价金属与酸反应不仅速率不同而且生成的氢气的质量与金属化合价有关。
可用下面式子计算氢气质量:
金属与酸或盐溶液反应前后溶液密度变化的判断方法:金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应均为置换反应,反应后溶液的溶质发生了改变,导致溶液的溶质质量分数、溶液的密度也随之改变。反应前后溶液的密度的变化取决于反应前后溶液中溶质的相对分子质量的相对大小。
(1)反应后溶液密度变小:如Fe+CuSO
4== FeSO
4+Cu,在该反应中,反应前溶液中的溶质为CuSO
4,其相对分子质量为160;反应后溶液中的溶质为FeSO
4,其相对分子质量为152,由于152<160,故该反应后溶液密度变小。
(2)反应后溶液密度变大:如Zn+H
2SO
4== ZnSO
4+H
2↑,在该反应中,反应前溶液中的溶质为H
2SO
4,相对分子质量为98;反应后溶液中溶质为ZnSO
4,相对分子质童为161,由于161>98。故该反应后溶液密度变大。
真假黄金的鉴别:
黄金是一种具有金黄色光泽的金属、化学性质极不活泼。黄铜的外形与黄金非常相似,所以不法分子常用黄铜(Zn,Cu合金)来冒充黄金。但二者之间的性质有很大差异,可用多种方法鉴别。
方法一:取少量金黄色金属块于试管中,加入少量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生(Zn+2HCl==ZnCl
2 +H
2),则原试样为黄铜;若没有气泡产生,则原试样为黄金。
方法二:取少量金黄色金属块,用天平称其质量,用量筒和水测出其体积,计算出金属块的密度与黄金的密度对照,若密度相等,则为黄金;若有较大的差异,则为黄铜。
方法三:取少员金黄色金属块在火焰上加热,若金属块表面变黑(2Cu+O
22CuO,则原试样为黄铜;若无变化,则为黄金。
方法四:取少讨金黄色金属块于试管中,向试管中加人适量的硫酸铜溶液,若金属块表而出现红色物质且溶液颜色变浅(Zn+CuSO
4==ZnSO
4+Cu),则原试样为黄铜;若无变化,则原试样为黄金。
金属锈蚀: 金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。
铁生锈条件的探究
实验装置 |
|
实验现象 |
几天后观察A试管中铁钉生锈,在水面附近锈蚀 严重,B,C试管中的铁钉没有生锈 |
实验分析 |
A试管中的铁钉同时跟水、空气(或氧气)接触而生锈; B试管中的铁钉只与水接触不生锈; C 试管中的铁钉只与干燥的空气(或氧气)接触不生锈 |
实验结论 |
铁生锈的条件是与水、空气(或氧气)同时接触 |
易错点:①探究铁生锈的条件时采用经煮沸后迅速冷却的蒸馏水,目的是赶走水中溶解的氧气;再加上植物油用来隔绝空气。
②环境中的某些物质会加快铁的锈蚀,如与酸、食盐溶液等接触的铁制品比钢铁生锈更快。
③铁生锈的过程。实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程(缓慢氧化)。反应过程相当复杂,最终生成物铁锈是一种混合物。铁锈(主要成分是Fe
2O
3·H
2O)为红色,疏松多孔,不能阻碍内层的铁继续与氧气、水等反应,因此铁制品可以全部锈蚀。
④许多金属都易生“锈”,但“锈”的结构不同,成分不同。铜在潮湿的空气中也能生“锈”,铜锈即铜绿,其主要成分为碱式碳酸铜[Cu
2(OH)
2CO
3],是铜与水、氧气、二氧化碳共同作用的产物。
金属制品的防锈原理及方法: (1)防锈原理根据铁的锈蚀条件不难推断出防止铁生锈的方法是使铁制品隔绝空气或隔绝水。
(2)防锈方法:
①保持铁制品表面洁净和干燥,如菜刀不用时擦干放置。
②在钢铁表面覆盖保护膜、如车、船表而涂油漆。
③在钢铁表而镀一层其他金属,如水龙头表面镀铬、镀锌。
④用化学方法使钢铁表面形成致密的保护膜,如烤蓝。
⑤改善金属的结构,如将钢铁制成不锈钢
(3)除锈方法
物理方法:用砂纸打磨,用刀刮。
化学方法:用酸清洗(酸不能过量),发生的反应为:Fe
2O
3+6HCl==2FeCl
3+3H
2O或Fe
2O
3+3H
2SO
4==Fe
2(SO
4)
3+3H
2O。
定义:
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
常见的金属材料包括:
纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
(注:金属氧化物(如氧化铝)不属于金属材料)
几种重要的金属:
(1)铁(Fe)
纯铁具有银白色金属光泽,质软,有良好的延展性,是电和热的良导体,密度为7.86g/cm3,属重金属,熔点为1535℃,沸点为2750℃。
(2)铝(Al)
具有银白色金属光泽,密度为2.70g/cm3,熔点为660℃,沸点为2200℃。具有良好的延展性、导电性和一导热性。在空气中,铝表面能形成一层致密的氧化物薄膜,可阻止铝进一步被氧化;铝对浓硝酸等有耐腐蚀性;在高温时还原性很强,可川来冶炼高熔点金属;导电性仅次于银和铜,常用于制造电线和电缆。
(3)铜(Cu)
具有红色金属光泽,密度为8.92g/cm3,熔点为1083℃,沸点为2595℃。具有良好的延展性、导电性和导热性。铜在干燥的空气中化学性质不活泼,在潮湿的空气中,表面可生成碱式碳酸铜(铜绿);导电性在金属中仅次于银,用于制造电线、电缆和各种电器。
(4)锌(Zn)
具有青白色金属光泽,密度为7.14g/cm3,熔点为419.4℃,沸点为907℃.锌在空气中比较稳定,在表面能形成一层致密的氧化物薄膜,所以常将锌镀在铁的表面,以防止铁被腐蚀;锌还常用于电镀、制造铜合金和干电池。
(5)钛(Ti)具有银白色金属光泽,密度为4.5g/cm3,熔点为1725℃,沸点为3260℃。具有良好的延展性和耐腐蚀性。钛和钛的合金可用于制造喷气发动机,轮船外壳,反应器和电信器材。
人类使用金属的历史:
人类最早使用的金属制品是青铜器,然后过渡到铁器时代,再后就是铝制品时代。人类使用金属的历史主要与金属的活动性及冶炼技术的难易有关。
金属之最:
(])地壳中含量最多的金属元素—铝(Al)
(2)人体中含量最高的金属元素—钙(Ca)
(3)导电、导热性最好的金属—银(Ag)
(4)熔点最高的金属—钨(W)
(5)目前世界年产址最高的金属—铁(Fe)
(6)硬度最大的金属—铬(Cr)
(7)密度最大的金属—饿(Os)
(8)密度最小的金属—铿(Li)
金属材料的分类:
金属材料可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料通常包括铁、铬、锰以及它们的合金,是应用最广泛的金属材料,除黑色金届外其他各种金属称为有色金属。
纯金:
在欧洲和美洲,把纯金叫做“24K","18K”金就是含黄金18份,其余的6份是铜,合为成数,就是七成五。把成数和K数互相折合,可以用下边两个公式:成数÷10×24=K数,K数÷24×10=成数。美国的金元按规定是21.6K,用上面的公式一算,可以知道应该用九成金来铸。普通的金表外壳和金笔尖都是14K,你可以算一算是几成金。