氧化還原反應(yīng)發(fā)生時(shí)必然伴隨著電子轉(zhuǎn)移,在做與氧化還原反應(yīng)相關(guān)的混合物計(jì)算時(shí)使用平均摩爾電子質(zhì)量法,可以快速理清思路、簡化過程,非常實(shí)用.
一、平均摩爾電子質(zhì)量法的解題原理
摩爾電子質(zhì)量(下文用Me-表示),是指在氧化還原反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)對應(yīng)的某種反應(yīng)物(或產(chǎn)物)的質(zhì)量.根據(jù)定義可以推知：
摩爾電子質(zhì)量(g/mol e-) == 物質(zhì)的質(zhì)量(g) / 轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量(mol e-)
對于金屬來說,其摩爾電子質(zhì)量在數(shù)值上也等于其相對原子質(zhì)量除以化合價(jià).如：金屬鎂、鐵、鋅、鈉、鋁等跟稀酸反應(yīng)生成氫氣時(shí),摩爾電子質(zhì)量分別為12、28、32.5、23、9g/mol e-；銅、鐵、鋁等在跟Cl2、HNO3等反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽時(shí),摩爾電子質(zhì)量分別為32、56/3、9g/mol e-.
顯然,在氧化還原反應(yīng)中,每一種含變價(jià)元素的物質(zhì)都有一個(gè)Me-值.如果是同類物質(zhì)所組成的混合物,則有一個(gè)平均摩爾電子質(zhì)量(Me-).利用平均摩爾電子質(zhì)量法,根據(jù)平均值原理可以快速判斷某些混合物的組成；若是雙組分體系,還可利用十字交叉法計(jì)算出兩組分的比例.
二、平均摩爾電子質(zhì)量法的應(yīng)用
1,直接判定單一物質(zhì)的成份
例1：(2001全國理綜試題)用足量的CO還原32.0g某種氧化物,將生成的氣體通入足量澄清石灰水中,得到60g沉淀,則該氧化物是().
(A)FeO(B)Fe2O3(C)CuO(D)Cu2O
解析：由CO----CO2----CaCO3可以推知,32 g 氧化物被還原時(shí)共得電子2 e-×60g/100g/mol=1.2mol.題中氧化物的 Me- = 32g /1.2mol e- = 80/3 g/mol e-.而四個(gè)選項(xiàng)物質(zhì)的Me-分別為36、80/3、40 g/mol e-、72 g/mol e-.故此氧化物為Fe2O3.選(B).
練習(xí)1：某金屬0.100g與足量的水反應(yīng)時(shí)生成0.005gH2,這種金屬是().
(A)Na (B)K(C)Ca(D)Rb
2,判斷同類混合物的組成
例2：(1998年全國高考)由鋅、鐵、鋁、鎂四種金屬中的兩種組成的混和物10克,與足量的鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2升,則混和物中一定含有的金屬是
(A) 鋅 (B) 鐵(C) 鋁(D) 鎂
解析：鋅鐵鋁鎂的Me-分別為32.5、28、9、12g/mol e-.而題中混合金屬的Me-=10g/(2× 11.2L/22.4L/mol)=10g/mol e-.根據(jù)平均值原理,混合金屬一定含有鋁.選(C).
例3：兩種金屬的混合物3.4g,與足量鹽酸反應(yīng)時(shí)放出H2 2.24 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,這兩種金屬可能是（ ）.
(A) Zn和Fe(B) Mg和Al(C)Al和Fe(D) Zn和Cu
解析：鋅鐵鎂鋁的Me分別為32.5、28、12、9g/mol e-,銅與鹽酸不反應(yīng),可認(rèn)為其Me-無窮大.混合金屬的Me-=3.4g/(2× 2.24L/22.4L/mol)=17g/mol e-.根據(jù)平均值原理,混合金屬只可能是鋁和鐵.選(C).
例4：用足量的CO還原0.6g鐵的氧化物,將生成的CO2通如過量的澄清的石灰水中,得1g沉淀,則此氧化物的組成不可能為（ ）.
(A) FeO、Fe2O3和Fe3O4(B) FeO和Fe2O3
(C) FeO和Fe3O4 (D) Fe2O3和Fe3O4
解析：在FeO、Fe2O3和Fe3O4被CO還原為單質(zhì)Fe的反應(yīng)中,三者的Me-分別為36、80/3、29 g/mol e-.而題中鐵的氧化物的 Me- = 0.6g / (2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-(由CO----CO2----CaCO3可以推知,0.6 g 混合物被還原時(shí)共得電子2×1g/100g/mol=0.02mol).根據(jù)平均值原理,此氧化物不可能由Fe2O3和Fe3O4組成.選(D).
練習(xí)2：兩種金屬組成的混合物5.0 g與Cl2完全反應(yīng),消耗Cl2 2.24 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,則混合物可能的組成為（ ）.
(A) Cu和Zn (B) Mg和Al (C) Fe和Mg(D) Ca和Cu
3,計(jì)算雙組分混合物的比例
通過混合物的平均摩爾電子質(zhì)量,還可用十字交叉法計(jì)算雙組分混合物的比例.此時(shí)應(yīng)注意：十字交叉計(jì)算所得比例是轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量之比,兩組分的物質(zhì)的量之比可由兩組分所提供電子的比例轉(zhuǎn)化推知.
例5：K、Na合金3.1g溶于足量水中,生成H21.12 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,則原合金中K與Na的物質(zhì)的量之比為（）.
(A) 1:1(B) 1:2 (C) 2:1 (D) 2:3
解析：混合金屬M(fèi)e-=3.1g/(2×1.12L/22.4L/mol)=31g/mol e-,而Me- (Na)=23g/mol e-,Me- (K)=39g/mol e-,用十字交叉法,得：
Na 238
31
K 398
故Na、K所失去的電子物質(zhì)的量之比 = 8:8 = 1:1,因兩者皆為一價(jià)金屬,故Na、K物質(zhì)的量之比也為1:1.
例6：將7.8gMg和Al的混合物投入足量稀硫酸中,產(chǎn)生了8.96LH2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,求原混合物中Mg、Al的物質(zhì)的量之比為多少?
解析：題中混合金屬的Me=7.8g/(2×8.96L/22.4L/mol)=39/4 g/mol e-,而Me- (Mg)=12 g/mol e-,Me- (Al)=9g/mol e-,用十字交叉法,得：
Mg12 3/4
39/4
Al99/4
故Mg、Al所失去的電子物質(zhì)的量之比 = (3/4) : (9/4) = 1 :3,因在反應(yīng)中Mg原子失2e-,Al失3e-,故Mg、Al物質(zhì)的量之比 = (1/2/ 3/3) = 1 : 2 .
例7：用足量的CO還原0.6 g FeO和Fe3O4 的混合物,將生成的CO2通入過量的澄清石灰水中,經(jīng)過濾、干燥后得1.0 g沉淀,求FeO與Fe3O4 物質(zhì)的量之比.
解析：混合物的Me- = 0.6g/(2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-,而FeO和Fe3O4 的Me-分別為36、29g/mol e-.用十字交叉法,得：
FeO361
30
Fe3O4296
故FeO、Fe3O4所得到的電子物質(zhì)的量之比 = 1 :6,因在反應(yīng)中一個(gè)FeO得到 2e-,一個(gè)Fe3O4得到 8e-,故FeO和Fe3O4 的物質(zhì)的量之比 = (1/2) : (6/8) = 2 : 3 .
練習(xí)3：14gMg與Fe的混合物與足量稀硫酸反應(yīng),產(chǎn)生H211.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,求原混合物中Mg與Fe的物質(zhì)的量之比.
練習(xí)答案：1,C；2,D；1:7.