讨论时应注意量

注意量就是带着量的观点来处理问题，并不意味着对每件事实都要进行大量的、若干位有效数字的计算。在讨论化学反应时尤其要注意体系中各反应物间摩尔关系(此关系往往是简单的整数比，即方程式中系数之比)。下面先通过几个实例来讨论。

例 1 市场出售的热水器分为以天然气(CH4)和液化石油气(C3H8、C4H10) 为燃料的两种，其设备不同点主要是控制 CH4 和 C3H8(C4H10)与空气的相对量；以汽油(C7H16、C8H18)和柴油(C17H36)作为动力源的汽车设备，不同之一在于控制燃料和空气的相对量。顺便提及，以柴油为燃料的汽车在急刹车时释出明显量黑烟就是燃烧不完全的明证。天然气等燃烧时的耗 O2 量极易计算。

有机物完全燃烧成 CO2 和 H2O 反应中，1molC 需 1molO2 ，2molH 需

molO2，若有机物中有 O 原子，则应扣除所需 O2 中的相应 O 量。其关系列于下面

烷 CnH2n+2 1mol 燃烧需(1.5n＋0.5)molO2

烯、环烷、CnH2n 及醇 CnH2n+2O，1mol 需 1.5nmolO2

炔、C2H2n-2 及醛、酮 CnH2nO，1mol 需(1.5n－0.5)molO2 羧酸 CnH2nO2，1mol 燃烧需(1.5n—1.0)molO2

1molCH4、C4H10 充分燃烧需 2、6.5molO2，空气量(按含 20％O2 计)为

10mol、33mol，两者需 O2 比例为 2∶6.5，可见热水器用错了燃料或是空气大过量或是空气不足。

汽油和柴油(按 C8H18 及 C17H36 计)相对耗空气量之比为 12.5∶26.0，由

于种种原因，燃料往往燃烧不完全及在高温下 N2 和 O2 生成 NO 等原因，实际氧气与燃料之比要低于理论值。总之，某种汽车必须用相应的燃料。

上例表明：并不只是在计算题中才有量的关系，实际上量的因素总是存

在的。

例 2 泡沫灭火剂所用的主要试剂是饱和 NaHCO3(～1mol/l)和饱和Al2(SO4)3(～1mol/l)。因 1molAl2(SO4)3 中有 2molAl，以及反应式为

Al3++3HCO-3→Al(OH)3+3CO2

所以 1molAl2(SO4)3 需和 6molNaHCO3 反应，所以把饱和 Al2(SO4)3 液置于灭火器内小玻璃桶里，而饱和 NaHCO3 液置于大桶内，使用时倒置，两者立即反应，生成的 CO2 把带有 Al(OH)3 的泡沫(压出)喷到着火物上。

有人建议：能否使用价格较低的 Na2CO3 代替 NaHCO3(若 Na2CO3 浓度也是1mol/l，用量同 NaHCO3 量)。因为反应式是

2Al3++3CO2-3+3H2O→2Al(OH)3+3CO2

和等量 Al3+作用(生成 CO2)，Na2CO3 量(mol)仅为NaHCO3 的一半。如若按 Na2CO3的浓度和溶液体积均和 NaHCO3 相同计，则将发生下列反应

2Al3++6CO2-3+3H2O→2Al(OH)3+3HCO-3

起不到因生成 CO2 把 Al(OH)3 泡沫压出的作用。

上述反应实际上是双水解作用，可认为是 Al3+使 CO2-3→HCO-3→H2CO3。现 Al3+和 CO2-3 的用量同前，所以 Al3+只能使 CO2-3→HCO-3，而得不到 CO2。从摩尔的量出发考虑上述问题，只要进行估量就可以了。

例 3 某温度、某压力下取 3 份等体积的某种无色气体，于 25、80 及 90

℃测得其摩尔质量依次为 58.0、26.0 及 20.0g/mol。于 25、80 及 90℃下各取 1 升该无色气体(p 相同)分别溶于 10 升水均成酸性液。问无色气体为何物？各温度下摩尔质量不同的原因是什么？三份水溶液的浓度是否相同？

简答因溶液显酸性，所以必含氢，90℃时摩尔质量为 20.0g/mol，无色气体必为 HF。80℃时摩尔质量为 26.0g/mol，表明是 HF 和(HF)n 的混合物， n≥2 是确定无疑的；58.0g/mol(25℃)表明是(HF)n 和 HF 或(HF)n 和(HF)n+1 的混合物，虽不知道 n、m 的确切值，但知(m＋n)≥3。常态下，因 1 升气体(仅廿几分之一摩尔)溶解后成 10 升水液(为几百分之一的 mol/1)必为稀溶液，溶质不可能有明显的聚合态，所以三种溶液的浓度不可能相同，c(25℃)最大，c(90℃)最小。

例 4 两只带玻璃塞的锥形瓶(250ml)中分盛 Cl2(常温、常压)和底部有一层液态 Br2(4ml)，再各放入一块没有表面膜的铝块(1g)，迅速塞紧塞子。请说出并比较两瓶中所发生的现象和最终结果［原子量：Cl35.5，Br80.0， Al27.0；密度：Cl2(g)2.96g/l，Br2(l)3.2g/cm3］。

简答 250ml 锥形瓶中 Cl2 为 0.25×2.96/71.0=0.01mol，1gAl 相当于1.0/27=0.035mol，4mlBr2 则为 4×3.2/160=0.08mol。铝和卤素反应式

2Al＋3X2→2AlX3

即 0.035molAl 需 0.053molX2。就是说，250mlCl2 为不足量，4mlBr2 为过量。实验现象将是：Al 和 Cl2 的反应速度相对于 Br2 是液体(其浓的程度远远大于气体)而言是比较慢的。此外，还会有 Br2 蒸气挥发。

例 5 3 份质量相同的 NaOH(固)。第一份用赶掉 CO2 的蒸馏水溶解后用HCl 液滴定，耗体积为 V1；第二份用未赶过 CO2 的蒸馏水溶解后用 HCl 液滴定，耗体积为 V2；第三份在空气中放置一段时间(如 15min)，同第二份操作，耗 HCl 体积为 V3。

①若 3 种溶液的体积相同，则 NaOH 浓度 c1、c2、c3 关系如何？

②若滴定反应以甲基橙为指示剂，其 V1、V2、V3 间关系如何？

③若以酚酞为指示剂，V1、V2、V3 的关系又如何？

简答①可认为按第一种方法制得的是较纯 NaOH 液；第二种方法配成的溶液中含少量 CO2-3，第三种溶液中有较多的 CO2-3，所以 c1＞c2＞c3。

②以甲基橙为指示剂时，H+使 OH-→H2O，CO2-3→H2CO3。CO2 溶解时CO2+2OH-

→CO2-3+H2O，而后滴定时 1molCO2-3 消耗 2molH+。从总结果看 2molH+消耗了2molOH-，所以 V1=V2=V3。

③以酚酞为指示剂时，滴入的 H+能使 OH-→H2O，CO2-3→H2CO3，所以 V1

＞V2＞V2。

例 6 用 HNO3 溶解金属，因初始 HNO3 浓度不同而被还原为 NO2、NO。如用 HNO3 溶解 Ag 制备 AgNO3 的第一步反应

Ag＋2HNO3→AgNO3＋NO2＋H2O 3Ag＋4HNO3→3AgNO3＋NO＋2H2O

用略稀一些的酸，其利用率较高，3Ag∶4HNO3≈1∶1.3，而 Ag∶2HNO3=1∶2。又在反应进行的过程中，HNO3 的浓度逐渐下降，反应速度随之减慢。综合考虑 HNO3 浓度和用量及反应速度的关系，目前国内生产用的起始 HNO3 浓度为50—60％。

以上举了 6 个实例，无非想说明，带着量的观点讨论问题很有必要(不论

问题中是否有量的明确提示)。

注意了量，对某些问题的判断大为有利。如浓度改变将对平衡产生影响。有两种方法来改变某物的浓度：其一是把物质的浓度(或压力)配得浓些或稀些，在绝大多数情况下，浓稀差值为 2 个数量级，通常改变 1 个数量级；其二是使某物发生酸碱反应(如加酸与 NH3 反应)、沉淀反应(加 Ag+使 Cl- 沉淀)、氧化还原反应(加 KMnO4 以氧化 Cl-)、络合反应(加 NH3·H2O 以络合 Ag+)，则各该物质浓度的改变值将远远超过 2 个数量级。因此在用后四种平衡来改变物质浓度时常出现：原先能进行的反应变得困难了，原先不易进行的反应变得能够进行。Fe3+氧化 I-成 Fe2+和 I2 是读者熟悉的事实，加大 Fe3+或(和)I- 的浓度均有利于正向反应，加大 Fe2+则有利于逆向反应，由于这些物质浓度的改变值只有 1 个数量级，促进或抑制正反应倾向均有限。若往平衡体系中加足量 F-，因生成稳定无色的 FeF3(β3～1012)，则 c(Fe3+)明显下降，使平衡向左移动，结果是看不到 I2 的颜色；ClO-3 和 Cl-间反应因加入强酸(H+)得以进行，SO2-3 和 S2-也要在酸性(H+)环境中才能生成 S。把溶液的 pH 由 8 变成 0(改变了 8 个数量级)，可观察到 Cl2 和 S 的生成。如果不注意量，那就很难说清楚为什么有时改变浓度能起作用，而有时改变浓度却不起作用。

化学发展进程中，“量”的作用很大。如 1927 年 Heitler 和 London 根据简单的物理模型，算出 H2 共价键的键能仅为实验值的 70％(现在计算值已

达 90％以上)。虽然相差了 30％，但却给 1916 年 Lewis 共价键理论论点建立了可靠的量子力学基础，对原子价概念的阐明是一个伟大贡献。