中考化学专题复习--天平题常见题型及解法探究
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中考化学专题复习--天平题常见题型及解法探究 题型一：平衡天平两托盘上烧杯中盛同体积同质量分数的稀盐酸或稀硫酸，向两烧杯中各加入一种质量相等的不同种金属，反应完毕后，分析金属或酸剩余情况、产生H2的多少以及天平平衡情况。 例1．（2004年曲靖市中考化学试题）在托盘天平的两托盘上各放一只烧杯，分别注入溶质质量分数和体积都相等的稀硫酸，调节至平衡。在左、右两个烧杯中分别投入质量相等的锌粒和铝粒（如图所示）。充分反应后发现铝有剩余，锌没有剩余。则下列说法中不正确的是（ ） A．右烧杯中产生的氢气可能比左烧杯中的多 B．左烧杯中产生的氢气可能比右烧杯中的多 C．天平指针可能指向分度盘中间 D．天平指针不可能偏向右边 解析：为方便计算，设硫酸溶液中溶质H2SO4为98g，Zn、AI质量均为mg。由于AI有剩余，右烧杯中H2SO4完全消耗掉；Zn无剩余，左烧杯中Zn完全消耗掉。有： Zn + H2SO4==ZnSO4+H2↑ 2Al+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2↑
65 98 2 54 3×98 6 mg (98m/65)g (2m/65)g 18g 98g 2g 则左右两边增量为：△m左=mg–(2m/65)g=(63m/65)g，△m右=(m–2)g。 讨论： ⑴ 当m≤18时，右烧杯中Al会完全消耗掉，不符合题意； ⑵ 当m＞65时，左烧杯中Zn完全反应掉消耗H2SO4的质量大于98g，不符合所设情况； ⑶ 当m=65时，左烧杯中Zn与H2SO4恰好完全反应，右烧杯中Al过量65g–18g=47g，H2SO4完全消耗完。有△m左=△m右，两烧杯中产生的氢气一样多，即天平仍平衡，指针指向分度盘中间； ⑷ 当18＜m＜65时，，左烧杯中Zn完全消耗掉，而H2SO4有剩余，右烧杯中Al有剩余而H2SO4完全消耗掉。有△m左＞△m右，右烧杯中Al产生的氢气比左烧杯中Zn产生的多，指针指向分度盘的左边。综上，可知本题选B。 例2、在杠杆的两端分别挂着质量和体积都相同的铁球和铝球， 这时杠杆平衡。将两球分别浸没在质量相同、溶质的质量 分数也相同的稀硫酸中(如右图)，直至两个烧杯中均没有 气泡产生为止。两球的外形变化不大且无孔洞出现。下列 推测中，正确的是( ) A、铁球一定是空心的 B、拿掉烧杯后，杠杆仍然平衡(金属球上附着的液体忽略不计，下同) C、拿掉烧杯后，要想使杠杆平衡，支点应向N移动 D、拿掉烧杯后，要想使杠杆平衡，支点应向M移动 思路点拨 此题将金属与酸反应引起的质量变化以杠杆是否平衡来体现，杠杆(或天平)平衡本身就隐含着质量相等这一等式关系。 即 m金属 - mＨ２ ＝ m`金属 – m`Ｈ２ 金属与酸反应都需要判断是金属过量还是酸过量。本题由题意铁、铝都过量，产生的氢气相同，即铁溶解的质量大于铝溶解的质量，要使杠杆平衡，支点应向N处移动。答案点击 AC 小结： 1．等质量的Mg 、Zn、Fe三种金属任意两两组合后分别加入平衡天平两边同体积同质量分数的稀盐酸或稀硫酸中，充分反应后： ⑴ 若天平保持平衡，指针指向中间。当天平保持平衡，左右两边净增量相等，产生氢气的质量相等，两边的酸一定消耗完而无剩余，两金属中至少有一种金属过量而剩余。结合方程式可分析出相对原子质量 （用M表示，下同）小的金属一定有剩余，M大的金属可能有剩余，也可能恰好消耗掉。 ⑵ 若天平失去平衡，指针只会偏向加入M大的金属的一边。当天平失去平衡，左右两边净增量不相等，即产生氢气的质量不相等，分两种情况： ①两种金属完全消耗掉而酸过量，此时消耗的两金属质量相同，结合方程式可分析出M大的金属产生的氢气较少。 ② 由于等质量的酸消耗的M大的金属的质量远大于消耗的M小的金属的质量，所以还有可能M大的金属完全消耗掉而酸有剩余，M小的金属有剩余而酸完全消耗掉，此时，也是M大的金属产生的氢气较少。 2．等质量的Al与Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平两边同体积同质量分数的稀盐酸或稀硫酸中，充分反应后： ⑴ 若天平保持平衡，指针指向中间。产生氢气的质量相等，两边的酸一定消耗完而无剩余。结合方程式可分析出与酸反应后显+3价的Al一定有剩余，Mg 或Fe或Zn可能有剩余，也可能恰好消耗掉。 ⑵ 若天平失去平衡，指针只会偏向Mg 或Fe或Zn的一边。有两种情况： ①两种金属完全消耗掉而酸过量，此时消耗的两金属质量相同，结合方程式可分析出Al产生的氢气较多。 ② 由于等质量的酸消耗的Mg 或Fe或Zn的质量远大于消耗Al的质量，所以还有可能Mg 或Fe或Zn完全消耗掉而酸有剩余，Al有剩余而酸完全消耗掉，此时，也是Al产生的氢气较多。 题型二：平衡天平两托盘上烧杯中盛同体积同质量分数的足量稀盐酸或稀硫酸，向两烧杯中各加入一种或多种各不相同的物质，要求维持天平平衡，确定所加物质的质量。 例3．如下图所示，在托盘天平的两盘上各放一个盛有足量 稀盐酸的烧杯，调节天平至平衡。在左盘烧杯中加入Al和 MgCO3的混合物，右盘烧杯中加入Mg和MgO的混合物， 且MgCO3与MgO的质量比为21:10，充分反应后，若天平 最终仍保持平衡，则加入的Al与Mg两种物质的质量比为______。 解析：由题意知盐酸足量，左、右两烧杯中所加物质全部消耗掉。左烧杯中Al、MgCO3与盐酸反应分别放出H2、CO2，右烧杯中Mg、MgO与盐酸反应只有Mg与盐酸反应放出H2。两烧杯中的物质反应后，虽然质量都减轻，但天平最终仍保持平衡，说明左、右烧杯中物质增重的质量相等。即：△m(MgCO3-CO2)+△m (AI-H2)=△m(MgO)+△m(Mg-H2)。设加入的Al的质量为a，Mg的质量为b，有： MgCO3～CO2 △m 2Al～3H2↑ △m Mg～H2↑ △m
84 44 40 54 6 48 24 2 22 21 10 a 48a/54 b 22b/24 10+48a/54=10+22b/24，解得a/b=33/32，故AI与Mg质量比为33:32。 小结： 对于此类题，先假设出加入物质的质量，然后用“差量法”计算出左、右两边溶液增加的质量，最后据溶液增加的质量相等来求解。 例4、如右图所示，在托盘天平的两盘上各放一只烧杯， 分别盛有等质量足量的稀盐酸，天平平衡。向左边 烧杯中加入ng镁粉，向右边烧杯中加入ng铝和氧 化铝的混合物，充分反应后，若天平仍然平衡，则 混合物中铝元素和氧元素的质量比为____________。 思路点拨 此题是有关天平平衡的计算。由于稀盐酸足量，要使天平仍保持平衡，镁粉和铝粉产生的氢气质量应相等。 设ng镁粉与稀盐酸反应产生氢气的质量为x。则： Mg + 2HCl = MgCl2＋Ｈ２↑ 24 2 ng x
x＝12ng 设混合物中铝粉的质量为y，则： 2Al + 6HCl = 2AlCl３ ＋ ３Ｈ２↑ 54 6
y 12ng
y＝43ng 即混合物中铝的质量为43ng，氧化铝的质量为4ng 铝、氧元素质量比为102484:)10254443(gngngn＝15∶2 答案点击 15∶2 例5、在托盘天平左右两托盘中各放一只烧杯，调至平衡，向烧杯中分别注入质量相等，溶质质量分数相同的稀硫酸，然后向两烧杯中分别加入相同质量的铜铝合金和镁，两烧杯物质完全反应后，天平保持平衡，则合金中铝与铜的质量比是（ ） A. 3：1 B. 2：1 C. 3：4 D. 2：3 解析：该题目将化学反应与托盘天平平衡结合在一起。两盘中酸和金属质量相等，完全反应，天平仍平衡则产生氢气相等。由氢气质量求出反应的铝和镁的质量进而求出铜的质量。 设产生氢气的质量为2g可采用如下计算： MgHCuAlH~
~2
2242
24623182：
则铝与铜的质量比为18：6=3：1。 小结：对于此类题，先假设出加入物质的质量，然后用“差量法”计算出左、右两边溶液增加的质量，最后据溶液增加的质量相等来求解。 例6.在天平左右两边的托盘上，各放一个盛有等质量、等溶质质量分数的足量稀硫酸的烧杯，待天平平衡后，向两烧杯中分别加入铁和镁，若要使天平仍保持平衡，求所加铁和镁的质量比。 分析：①因硫酸足量，故铁和镁全参加反应。Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
②由化学方程式可知，影响天平两端质量变化的因素是加入的金属和生成的氢气。 ③分别加入铁和镁后，只有当天平两端增加的质量相同时，天平才可仍保持平衡。 解：设所加铁与镁的质量分别为x、y（此时天平两端增加的质量均为a）。Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
增加的质量（差量） Mg+ H2SO4= MgSO4+H2↑增加的质量（差量）
56 2 56-2＝54 24 2 24-2＝22 x a y a 56∶54= x∶a 24∶22＝y∶a 答：当酸足量时，所加的铁与镁的质量比为77∶81时天平仍保持平衡。 题型三：平衡天平两托盘上烧杯中盛同体积同质量分数的足量稀盐酸或稀硫酸，向两烧杯中各加入一种质量相等的不同种金属，然后根据天平指针偏转情况，确定所加的是何种金属。 例7．在托盘天平两边各放一只烧杯，调节 至平衡。在两只烧杯里注入相同体积、相同 质量分数的足量稀盐酸，然后分别向左右两烧 杯中加入质量相等的铁和金属A。有气体产生时，天平指针慢慢向左偏转（如图1）；指针偏转到一定角度后，又慢慢向右偏转；反应结束后，天平指针指向右端（如图2）。则天平右端加入的金属A可能是（ ） A．Zn B．Mg C．Cu D．AI 解析：观察所给选项，C项中Cu不与酸反应，若A为Cu，则指针始终偏向右边。其他三个选项中，Zn、Mg、 AI均比Fe活泼，与盐酸反应产生H2的速率比Fe的快，有气体产生时，指针首先均会偏向加入Fe的一边。指针偏转到一定角度后，又慢慢向右偏转，最后指向右边，说明Fe产生的H2的质量大于金属A产生的H2的质量。又稀盐酸足量，金属全部反应完，由反应的方程式可知等质量（设为mg）的Fe、Zn、Mg、 AI完全反应产生的H2的质量分别为(2m/56)g、(2m/65)g、(2m/24) g、(3m/27)g。只有(2m/56)g＞(2m/65)g，加入的金属A只能是Zn。故本题选A。 小结： 1．等质量的Mg 、Zn、Fe三种金属任意两两组合后分别加入平衡天平两边同体积同质量分数的足量稀盐酸或稀硫酸中，由于活动性强的金属与酸反应产生H2的速率较快，天平指针首先偏向活动性相对较弱的金属的一边。又由于酸足量，反应结束后两金属全部消耗完，结合方程式可分析出M大的金属产生的氢气较少，指针偏向M大的金属的一边。 2．等质量的AI与Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平两边同体积同质量分数的足量稀盐酸或稀硫酸中，天平指针首先偏向活动性相对较弱的金属的一边，反应结束后，指针偏向Mg 或Fe或Zn的一边。 3．等质量的Cu与AI或Mg 或Fe或Zn分别加入平衡天平两边同体积同质量分数的足量稀盐酸或稀硫酸中，由于Cu不与酸反应，天平指针始终偏向Cu的一边。
