初中化學中的天平平衡問題
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【中圖分類號】G634.8 【文獻標識碼】A
【文章編號】2095-3089（2019）11-0284-01
天平平衡問題是初中化學教學中常出現的問題，也是總復習中的一個難點，這類問題由于前提條件不同，最后得出的結論也不同，學生往往對這類問題的解決感到比較困難。
解這類題的關鍵是抓住天平平衡的條件——左盤和右盤物質的質量相等。
例1.托盤天平兩盤上各放一只相同的燒杯，并各盛有等質量分數的足量稀鹽酸，兩邊保持平衡。若向左盤燒杯中加入8g氧化鎂，要使天平再次保持平衡，需向右盤燒杯中加入的物質是（ ）
A 8.4g碳酸鎂 B .9g鋁 C 8g碳酸鈉 D 11g銅
提示：Cu與鹽酸不反應
解析：此題旨在考查天平平衡上的計算問題，解題關鍵是天平兩邊增加或減少的質量應保持相等。氧化鎂與鹽酸反應沒有氣體生成，說明加氧化鎂后左盤比右盤增重8g，若要天平平衡，右盤也必須增重8g。據題意可以看出C不正確，加入8g碳酸鈉一定產生一定量的二氧化碳，所以增重要小于8g，由于銅與鹽酸不反應，加入11g也不可能使天平平衡，所以D不正確。故分析可從A、B入手。
設：8.4g碳酸鎂產生CO2質量為x
MgCO3+2HCI=MgCI2+H2O +CO2↑
84 44
8.4g x
x=4.4g
8.4g-4.4g=4g≠8g 所以A不正確。
設：9g鋁與鹽酸反應產生氫氣質量為y.
2AI+6HCI==2AICI3+3H2↑
54 6
9g y
y==1g
9g-1g==8g
所以正確答案是：B
例2.在天平的兩盤上分別放入質量相等的燒杯，杯中各盛100g98%的稀硫酸溶液，向兩個燒杯中同時放入哪組金屬，反應終止時天平仍然平衡（ ）
A 6g鐵和6g鋅 B.6.5g鐵和6.5g鋅 C 3g鎂和3g鐵 D 7g鎂和7g鐵
解析：此題旨在考查學生分析判斷能力，解題關鍵是掌握酸、金屬、氫氣三種物質質量的關系。根據加入酸的質量相等，加入金屬質量也相等，那么影響天平平衡的惟一因素就是放出氫氣的質量。若兩邊生成氫氣質量也相等，天平一定保持平衡。要使生成氫氣質量相等的條件是等量的金屬加入酸中，金屬都過量，使酸中氫完全被置換，那么等量的酸生成氫氣的質量必然相等。
解：設100g9.8%的稀硫酸完全反應，需要Fe、Zn、Mg的質量分別為X、Y、Z.
Fe +H2SO4==FeSO4 + H2↑
56 98
x 100g×9.8%
x==5.6g
Zn + H2SO4==ZnSO4 + H2↑
65 98
y 100g×9.8%
y==6.5g
Mg + H2SO4== MgSO4 + H2↑
24 98
z 100g×9.8%
z==2.4g
通過計算分析，要使100g9.8%的稀硫酸完全反應，至少需要Fe5.6g、Zn6.5g、Mg2.4g，故A中6g鋅不足，與6g鐵生成的H2不等， B中6.5g鐵和鋅都能使硫酸完全反應，生成H2相等，C中3g鐵不足，與3g鎂生成H2不等，D中7g鎂和鐵也都能使硫酸完全反應，生成H2相等，故本題選B、D正確。
操練場：
1.（江蘇省南京市中考題）在托盤天平兩邊各放一只燒杯，調節至平衡，在燒杯里分別注入質量相等、質量分數相同的稀硫酸，若在右盤投入一定質量的鐵，恰好完全反應，為使天平仍保持平衡，應向左盤投入與鐵質量相同的純凈金屬是（ ）
A .Mg B.AI C.Zn D.Ag
2.（哈爾濱市中考題）.在托盤天平的兩個托盤上各放一個盛有足量的等質量的稀鹽酸的燒杯，調節天平平衡，向左邊燒杯中加入28g鐵粉，再向右邊燒杯中加入與其質量相等的下列混合物粉末，充分反應后，天平可能仍然平衡的是 （ ）
A Mg和AI B CaCO3和 AI C Ba CO3 和Zn D Mg CO3 和K2CO3
答案：1. A B 2.C.
問：化學天平類問題有何解題技巧？
答：影響天平兩端質量變化的主要是反應時生成氣體的質量，重點是分析發生了哪些反應。
如：天平兩端（已調平衡）各放質量相等的兩杯稀硫酸（且溶質質量分數相同），分別投入等質量的鋅和鐵，問天平指針如何變化？
解決該題時，應考慮以下情況：
（1）當鋅和鐵都完全反應時，鐵生成H2的質量大于鋅，所以指針偏向加鋅的一邊。
?。?）當鋅和鐵都有剩余（或鐵有剩余而鋅恰好完全反應時），此時生成H2的質量是相同的，而兩邊所加鋅和鐵的質量又相等，所以天平能保持平衡，指針不發生偏轉。
分析天平平衡問題時，還經常使用差量法，即，所加物質與生成氣體的質量差。
生成氣體的反應，在初中階段大概有以下幾種情況：（1）活潑金屬與酸;（2）碳酸鹽與酸;（3）銨鹽與堿。
計算金屬與酸反應生成氫氣的題目，一般可以利用方程式進行計算，但需要寫出方程式后帶入數值，較復雜。實際在題目中又往往不會單獨出現這樣的問題，而常常作為中間計算。這時占用過多時間就不值得了。因此需要一種快速計算的方法。如果是金屬過量或足量時，可利用酸內氫元素守恒計算;若酸足量或過量時，可利用“量價比”進行計算。
所謂“量價比”，指的是金屬元素的相對原子質量與該金屬元素在酸中的化合價的絕對值之間的比值（用M表示），如：Mg相對原子質量為24，在與酸反應后鹽中化合價為+2，則其量價比為24/2=12。然后帶入公式：m金屬=M×m氫氣進行計算就可以了。例如：要求36g金屬鎂與足量稀鹽酸可產生多少克氫氣時，就可以把36g金屬質量帶入公式計算得到氫氣質量3g，這樣計算方便、準確。而且在比較不同金屬產生氫氣質量時更為方便，量價比越大，消耗金屬越多、產生氫氣越少。這都可以從前面公式中推導得到。
從實際意義看，量價比是產生1g氫氣時所需要的金屬質量，同學可自行計算驗證。
天平問題一般是討論天平是否平衡，或者向哪個方向偏轉，這樣可分成三種情況討論：
?。?）金屬都有剩余，則說明兩燒杯內酸都消耗掉，因而天平平衡。
（2）金屬都不剩余，等質量不同金屬產生H2的質量不同，量價比小的金屬產生氫氣多，因此天平向另一方偏轉。
（3）當有一種金屬剩余，說明此燒杯內酸完全反應，而另一無金屬剩余的燒杯內，酸若也恰好完全反應，則天平平衡，但若酸有剩余，則天平向無金屬剩余的燒杯一方偏轉。
所以綜上所述，天平最后是否平衡只有兩種可能，一是平衡，二是向量價比大的一方偏轉。
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