化学计量：练习题及分步解答

1什么是化学计量学

化学方程式就像一份配方。2H₂ + O₂ → 2H₂O 表示两个氢分子与一个氧分子反应，生成两个水分子。

化学计量学利用这份配方回答“多少？”的问题：由一定量的原料得到多少产物，或需要多少原料。

化学式前面的数字是系数。它们数的是粒子，不是克数。方程式必须是配平的：每种原子在两边出现的个数相同。

粒子太小了，无法一个一个地数，所以化学家用摩尔来计数。一摩尔是 6.022 × 10²³ 个粒子，就像一打是 12 个鸡蛋。

所以系数也给出摩尔比：2 mol H₂ 与 1 mol O₂ 反应，生成 2 mol H₂O。

2摩尔与摩尔质量

天平测的是克，但方程式是按摩尔计的。摩尔质量 M 把二者联系起来：它是一摩尔的质量，单位 g/mol。

把元素周期表中的原子质量相加就得到 M。取 H = 1.0，C = 12.0，O = 16.0：

• M(H₂O) = 2 · 1.0 + 16.0 = 18.0 g/mol
• M(CO₂) = 12.0 + 2 · 16.0 = 44.0 g/mol
• M(CH₄) = 12.0 + 4 · 1.0 = 16.0 g/mol

例如：36 g 水是 36 / 18.0 = 2.0 mol 水。

考试题目通常会给出摩尔质量，带两位小数。使用给出的值。

3分步方法

每道由质量求质量的题目都走同一条路：从克到摩尔，用摩尔比跨过方程式，再回到克。

1. 检查方程式是否配平。
2. 把给定的 A 的质量换算成摩尔：n_A = m_A / M_A。
3. 使用系数：n_B = n_A · b / a，其中 a 和 b 分别是 A 和 B 的系数。
4. 换算回质量：m_B = n_B · M_B。
5. 给出两种反应物时，先找出限量反应物，并从它开始。
6. 求产率时，把实际收集到的质量与你计算出的质量比较。

4例题讲解

跟着每一步走。打开下一步之前，先试着预测它。

5限量反应物与产率

给出两种反应物时，其中一种通常先用完。那就是限量反应物。它决定生成多少产物；另一种有剩余（过量）。

要找出它，把每种反应物的物质的量除以其系数。较小的结果属于限量反应物。

例如：4.0 g H₂（M = 2.0）和 16 g O₂（M = 32）按 2H₂ + O₂ → 2H₂O 反应。即 2.0 mol H₂ 和 0.50 mol O₂。

所以 0.50 mol O₂ 生成 0.50 · 2 = 1.0 mol 水，即 18 g。一部分氢气有剩余。

在实际中，你从来不会收集到全部产物。产率把你得到的量与你算出的量，即理论产量，相比较：

6常见错误

• 用质量比代替摩尔比。系数数的是摩尔，永远不是克。
• 使用未配平的方程式。
• 从过量的反应物而不是限量反应物出发。
• 按最小质量或最小物质的量选择限量反应物，而没有除以系数。
• 把实际产量除以理论产量弄反了。产率永远不会超过 100%。
• 过早地对摩尔数取整。保留三到四位有效数字，直到最后。

7考试题是什么样的

• 简单：由质量求质量。给出一种反应物，其他的过量。求产物的质量。
• 中等：限量反应物。给出两种反应物的质量。找出限量反应物，再求产物的质量。
• 困难：产率。计算理论产量，然后与所收集的质量比较。

摩尔质量在题目中给出。在每个答案旁写下路线图 m → n → n → m。