前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇溶质的质量分数范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
一、逐步求解法
例1 已知质量分数为98%的浓硫酸,密度是1.84 g•cm-3,则其中H2SO4的物质的量浓度是多少?
解:取100 g该浓硫酸溶液,则其中H2SO4的质量是:
98%×100 g = 98 g
H2SO4的物质的量是:
98 g÷98 g•mol-1 = 1 mol
溶液的体积是:
100 g÷1.84 g•cm-3 = 54.4 cm3 =0.0544 L
H2SO4的物质的量浓度是
1 mol÷0.0544 L=18.4 mol•L-1
该方法步步为营,虽然每一步都不复杂,但是步骤多,计算复杂.不少学生理解起来还是有困难.
二、公式法
首先,将溶液中溶质的物质的量浓度和质量分数之间进行换算,并简化为公式.然后再代入具体数值进行计算.如:某溶液的密度是ρ g•cm-3,其中溶质的质量分数为w,物质的量浓度为c,溶质的摩尔质量为M g•mol-1,则:
由溶质的物质的量浓度换算为质量分数是:w= cM 10ρ %
由溶质的质量分数换算为物质的量浓度是:c=1000ρw M
这种方法简单易行,但是需要记忆公式,也不利于学生理解.
三、概念法
该方法是从溶液浓度的基本概念出发,在学生理解溶液组成的基础上,适当的改变表达形式,即可进行换算.
一般地,溶液的浓度可以表示为:
溶液的浓度 =溶质的物理量 溶液的物理量
若溶质的物理量和溶液的物理量均为质量,则溶液的浓度就是质量分数.若溶质的物理量为物质的量,溶液的物理量为体积,则溶液的浓度就是物质的量浓度.显然,两者在描述溶液组成的时候,分子和分母描述的都是同一个组分的物理量.只要知道了溶液的密度和溶质的摩尔质量,两者之间即可进行换算.
将上面的例1换作该方法计算,98%的含义是每100 g溶液里有98 g H2SO4,则:
c=98 g÷98 g•mol-1
100 g÷1840 g•L-1=18.4 mol•L-1
例2 实验室常用的浓硝酸密度是1.4 g•cm-3,其中HNO3的物质的量浓度是14.44 mol•L-1,求其质量分数是多少?
解:14.44 mol•L-1意味着每1 L溶液中有14.44 mol HNO3,则
w=14.44 mol×63 g•mol-1
金融统计是央行的一项重要工作,也是制定货币政策的主要依据之一。随着我国加入WTO,金融市场国际化的脚步不断加快,政府职能部门以及各金融机构对金融统计数据的要求越来越高,但由于我国金融市场的不完善,金融统计工作与发达国家相比还存在很大差距,比如有些金融统计工作人员由于业务生疏或者责任心不强,可能会出现错报、估报统计数据的情况;有些金融统计工作人员迫于完成存贷款考核任务或者出于风险评估的考虑,可能会出现虚报、瞒报统计数据的情况,从而造成统计数据失真。因此,央行等监管机构如何采取有效措施对金融机构进行监管以保证金融统计数据质量,就成为亟待解决的现实问题。本文试图运用博弈论的方法分析监管者与被监管者的行为战略选择,提出治理金融统计数据失真、提高金融统计数据质量的对策建议。
二、金融机构与央行等监管部门之间的博弈模型
(一)模型的假设
1.根据利益的一致性,可将局中人设为两方:一方是提供统计信息的金融机构;另一方是代表政府、公众对金融机构统计数据进行监督的央行等监管部门。为使表述更加简便,在后面模型的求解过程中,用J代表监管部门,用B代表金融机构。
2.可供金融机构选择的策略有两种:提供真实的统计数据(“即不虚报”)和提供虚假的统计数据(“即虚报”)。可供监管部门的选择策略也有两种:对金融机构提供的统计数据进行检查(简称“检查”)和对其提供的统计数据不进行检查(简称“不检查”)。由于金融机构和监管部门对其策略的选择都必须避免规律性,否则一旦被对方发现,则会根据这种规律性预先猜到并采取针对性的策略而始终获益。所以,本模型中的两个局中人应随机化自己的可选策略,即采取混合策略而非纯策略。
3.提供虚假数据会给金融机构带来预期收益I,当然,“虚报”也有可能被监管部门查出,则使金融机构面临一定的惩罚P。监管部门对金融机构的统计数据进行“检查”需要花费大量成本C。通过“检查”,“虚报”有可能被查处。这时,监管部门将会得到政府、上级机构、公众的表扬从而获得一定的经济和社会效用U。当然,由于监管部门人员素质不够和金融机构“虚报”手段高明等原因,通过“检查”,“虚报”有可能没有被发现。此时,监管部门会受到多方质疑,造成一定的经济和声誉损失L。这里还涉及到社会公众与监管机构之间的博弈,但是为简化问题,假设社会公众与监管部门之间是信息对称的,即如果监管部门没有检查出金融机构的虚报数据,社会公众能清楚的知道这些信息,并给监管部门支付比较低的报酬,造成监管部门一定的经济和声誉损失。再假设金融机构“虚报”的概率为P1,监管部门进行“检查”的概率为P2,监管部门通过“检查”,“虚报”没有被查出的概率为R,则通过“检查”,“虚报”被查出的概率为1-R。由假设可知,R、P1、P2∈[0,1]。且为讨论方便,假设这里所有指标都为正实数。
(二)模型的建立
在完全信息静态博弈模型中,“完全信息”指的是每个参与人对所有其他参与人的特征(包括战略空间、支付函数等)有完全的了解,“静态”指的是所有参与人同时选择行动且只选择一次。这里的“同时行动”是一个信息概念而非日历上的时间概念:只要每个参与人在选择自己行动时不知道其他参与人的选择,我们就说他们在同时行动。
现实生活中,虽然金融机构报送统计数据在前,监管部门检查在后,但是双方做决定时都不知道对方策略,故此博弈属于静态博弈。再假设博弈双方在博弈过程中对自己及对方的支付是完全熟悉的,所以本博弈模型可以称之为完全信息的静态博弈。与完全信息静态博弈对应的均衡概念是纳什均衡,但由于本博弈中参与人以一定的概率选择某种战略,他的对手并不能准确地猜出他实际上会选择的战略,是属于混合策略,所以本博弈并不存在纯策略纳什均衡,只可能存在混合策略的纳什均衡。
一般情况下,经济学的研究都是基于“理性人”的假设。但是,现实生活中人们的行为很难真正符合“理性人”假设,比如博弈局中人有犯错误得可能性,在理性条件下选择不该选择的策略。泽尔腾将这种局中人发生错误选择的情况形象地称为“颤抖”:当一个参与人突然发现一个不该发生的事件发生归结为某一个其他参与人的非蓄意错误。通过引入“颤抖”,博弈树上的每个决策结出现的概率都为正,从而每一个决策结上的最优反应都有定义,原博弈的均衡可以理解为被颤抖扰动后的博弈的均衡的极限。本博弈分析引入“泽尔腾的颤抖手均衡”,主要是考虑到金融机构和监管部门都会因为某些不可预知的因素而作出不当的决策。(但是犯错误的概率一般不能大于1/2,不然这个错误就很难说是“颤抖”了)。
当金融机构和监管部门的策略为(虚报,检查)时,双方的支付为(RI+(1-R)(I-P)、(1-R)(U-C)-R(L+C));当金融机构和监管部门的策略为(虚报,不检查)时,双方的支付为(I、-L);当金融机构和监管部门的策略为(不虚报,检查)时,双方的支付为(0、-C);当金融机构和监管部门的策略为(不虚报,不检查)时,双方的支付为(0,0)(支付矩阵如下图所示)。
可以证明得,左上方的策略(虚报,检查)是本模型的纳什均衡,且为颤抖手精炼的纳什均衡。
(三)模型的求解
1.金融机构的期望效用函数为:
则金融机构的最优化条件为:
因此, 就是监管部门检查的均衡概率。
2.监管部门的期望效用函数为:
则监管部门的最优化条件为:
因此, 就是金融机构虚报的均衡概率。
根据效用(期望支付)最大化原理,当时,即,始终等于零,金融机构可以选择=[0,1]
之间的任意值。同理,当 时,即 ,
始终等于,监管部门可以选择 =[0,1]之间的任意值。由此可以得出此博弈模型的一个均衡解(,),其中 ,, 。即当金融机构以 的概率虚报
统计数据,监管部门以 的概率进行检查时,此博弈模型达到纳什均衡。
三、由博弈模型得出的对策建议
为了降低金融机构虚报统计数据的概率,就必须尽可能减小 的取值,同时,为尽量减少监管部门成本,避免社会资源配置的无效率,还应该尽可能减小 的取值。根据观察,可得 和的取值与C、R、U、L、I、P等自变量的取值有关,其中自变量I、P与金融机构有关,自变量C、R、U、L与监管部门有关。下面本文分别从金融机构和监管部门的角度提出金融统计数据质量控制的对策建议。
(一)金融机构:加大惩罚力度,提高虚报成本
从 可以看出,当R不变,而I的大小又很难控制
的时候,只有通过增加P的值,即加大对金融机构的惩罚力度,提高虚报成本,以达到减小 值的目的,从而减少监管部门检查的概率,节约社会成本。
(二)监管部门:降低检查成本,提高检查效率,构建激励相容的监管机制
从可以看出,通过减小C、R的值,增加U、L的值,可以减小 的值,从而遏制金融机构虚报金融统计数据。
具体到现实含义,就是要降低检查成本,减少检查的“失误率”,增加对“有效检查”的奖励,加大对“无效检查”的惩戒,构建激励相容的监管机制。
参考文献:
[1]张维迎.博弈论与信息经济学.上海三联书店.1996.
[2]刘锐、余玉苗.治理上市公司会计信息失真的对策博弈模型.《经济评论》.2007年第5期.
[3]舒芳、吴劲军.金融统计数据误报与检查的博弈.《统计与决策》. 2007年第5期.
[4]许庆高、田雨苗.上市公司会计信息质量的博弈分析.《商业经济与管理》.2002年第5期.
关键词:明胶;离子液体;流变性能;质量分数;温度
中图分类号:O629.72 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)08-1908-05
高分子包括天然高分子和合成高分子,如淀粉、纤维素、胶原、棉毛及蚕丝等均为天然高分子材料,而常用的合成塑料、合成橡胶和合成纤维等为合成高分子材料。在材料加工尤其是纤维材料领域,许多聚合物难以用熔融加工的方法进行聚合和纺丝,而只能使用溶液纺丝的方法,如纤维素、聚丙烯腈(PAN)、芳纶、聚氨醋等常用的溶剂,包括硫氰酸钠水溶液、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、浓硫酸等,这些溶剂都有毒或有强烈的腐蚀性,因此极易造成环境污染。研究者们一直在寻找一种更为环保的新型溶剂。
离子液体是近年来兴起的一类极具应用前景的绿色溶剂,其以强极性、不挥发,对水、空气稳定和对无机、有机化合物以及高分子材料有良好的溶解性而广泛应用于电化学、有机合成、化工分离、材料制备等领域[1-4]。
离子液体的出现为材料加工提供了新的思路,Tu[4]对PAN在几种离子液体中的溶解情况做了初步研究,结果表明,PAN在几种离子液体中都具有较高的溶解度,其中在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)中的溶解性最好。Liu等[5]研究了高质量分数PAN/[BMIM]Cl体系溶液的动态流变性质,讨论了质量分数和温度对该体系的影响。
近年来许多研究者将离子液体应用于天然高分子研究领域,结果表明离子液体对于天然高分子也是一种很好的溶剂[6-9],而关于天然高分子在离子液体中溶解性能方面的研究却较少,只有少量关于纤维素/离子液体溶液流变性能方面的研究[10]。
胶原及其降解物明胶作为一类很重要的天然高分子,得到了越来越多的应用,明胶是胶原的变性产物,由于它具有很多优异的物理化学性能而广泛应用在食品、摄影、细胞培养等方面[11-13]。
[AMIM]Cl是一种对天然高分子有较好溶解性的离子液体,通过试验发现明胶在离子液体[AMIM]Cl中具有较好的溶解性,因此,研究明胶/[AMIM]Cl溶液的流变性能,为明胶能够得到更广泛的应用打下理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
明胶(Sigma G2500)购自北京拜尔迪生物技术有限公司。
离子液体[AMIM]Cl(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)购自中国科学院兰州化学物理研究所绿色化学与催化中心。
1.2 方法
1.2.1 样品的制备 明胶和离子液体[AMIM]Cl在使用前均放入真空干燥箱中进行干燥,将干燥后的明胶和[AMIM]Cl于100 ℃充分混合,在真空状态下搅拌溶解,制成质量分数分别为1%、3%、5%、7%的明胶/[AMIM]Cl溶液。
1.2.2 流变学测试 用HAAKE RheoStress RS75流变仪测定溶液的流变学性质,测定弹性模量(G′)、黏性模量(G″)、复数黏度(η*)随着频率的变化。试验采用0.5°锥板夹具,锥形板的直径为60 mm。
无论是进行动态测试还是稳态测试,都应该首先确定溶液的线性黏弹区,在线性黏弹区内进行测试可以保证样品的结构不被破坏。在频率0.1 s-1的条件下进行应力扫描,所有接下来的线性黏弹性的频率扫描都是在线性黏弹区内进行。测试中的频率扫描范围是0.1~100 s-1,温度为60、70、80 ℃。
2 结果与分析
2.1 应力扫描结果
图1是应力扫描结果,在测定的应力范围内,复数黏度(η*)几乎是保持恒定的,因此把线性黏弹性的测试应力设为10 Pa,以下的动态频率扫描都是在这个应力下进行。
2.2 质量分数对溶液黏弹性的影响
图2、图3、图4分别表示了不同质量分数明胶溶液η*、G′和G″在70 ℃下随着频率(f)的变化规律。由图2可知,溶液的η*随着f的增大而增大。原因可能是随着f的增大,溶液中的明胶分子构象发生了一定的变化,分子链间的摩擦和缠结增加,导致黏度的增大。由图2可知,各质量分数溶液在低频率下先是产生牛顿流体行为然后产生胀塑性流体行为,且高质量分数溶液在较高频率下仍能保持牛顿流体行为而低质量分数溶液在较低频率下即转变为胀塑性流体。Singh等[14]研究了明胶分子与离子液体[C8MIN]Cl之间的相互作用,发现两者首先形成明胶/[C8MIN]Cl单体,然后随着离子液体质量分数的增大,进而形成明胶/[C8MIN]Cl聚合物,与此同时,其半径逐渐增大,直到[C8MIN]Cl的质量分数达到一个临界值,其半径才不再变化。所以对于低质量分数的明胶溶液,其离子液体的质量分数相对较高,明胶分子更容易与离子液体发生作用形成单体或聚合物,而大分子的定位作用是产生非牛顿流体行为的主要原因,因此低质量分数明胶溶液在低频率下即产生非牛顿流体行为,也就是形成胀塑性流体。由图3、图4可知,明胶溶液的G′和G″都随着f的增大而增大,随着明胶溶液的质量分数增大,G′不发生变化,G″和η*都增大,这说明胶溶液的质量分数对G′不产生影响,此时G″对溶液的贡献较大。
由于高分子之间的相互缠结,高分子的流动不是单个高分子链整体流动,而是通过链段的位移运动来完成的,高分子的链段由于热运动和受应力的作用跳跃到孔穴(溶液中与分子链段尺寸相当的自由体积)中。当明胶溶液的质量分数增大时,分子之间的缠结程度增大,分子之间相互作用的摩擦力增大,分子链段跃迁速度减慢,从而导致溶液的黏度增大[15]。
图5是不同质量分数的明胶溶液的动态模量比较结果(70 ℃)。由图5可知,在较低频率下,明胶溶液的G′G″,表现为似固体的弹性流动行为。当频率较小即施加于溶液的力的作用时间较长时,分子有充足的时间改变构象,摆脱缠绕,缓慢和相互超越地流动,同时,链的弹性拉伸可在流动中逐渐回复,因此溶液的黏性占优势。而当频率较大即力作用的时间较短时,弹性形变能大部分储存在体系内部,黏性损耗的能量相对较少,因此弹性占主导[16]。当明胶溶液的质量分数分别是1%、3%、5%、7%的时候,2种流动发生转变的f分别是0.807、1.500、3.740、8.440 s-1,说明随着明胶溶液质量分数的增大,f向高频区移动。虽然明胶溶液的质量分数增大,分子之间的缠结程度增加,但是G′不受明胶溶液质量分数的影响,表现为黏性对溶液的贡献增大,松弛快,弛豫时间缩短。
2.3 温度对明胶溶液黏弹性的影响
图6到图8分别表示5%明胶溶液在不同温度下η*、G′和G″随着f的变化规律。
由图6可知,溶液的η*随着f的增大而增大。与不同质量分数的明胶溶液相一致,溶液也是首先产生牛顿流体行为,而后产生胀塑性流体行为。随着温度升高,溶液的η*减小,但这种变化只发生在低频率下,在高频率下各温度曲线逐渐趋向一致。当温度升高时,溶液分子热运动的能量增加,溶液中的孔穴也会随着增加和膨胀,从而使明胶分子链段跃迁的阻力变小,速度加快,因此溶液的黏度降低[15]。
由图7、图8可知,明胶/[AMIM]Cl 溶液的动态模量都随着f的增大而增大。在较低频率下,不同温度的明胶溶液同样表现为似液体的黏性流动行为,而在较高频率下也表现为似固体的弹性流动行为。这可能是由于温度的升高使胶原多肽的链缠结密度减小,这样溶解的多肽对溶液的弹性模量和黏性模量的作用很小,或者是几乎没有什么作用,因此所有溶液的弹性模量都只是离子液体的弹性模量,也就是当温度为60 ℃及以上时,溶液的弹性是由焓引起的,胶原多肽对溶液的弹性不起作用,而只表现出离子液体的弹性。
3 结论
1)明胶溶液的G′、G″和η*都随频率的增大而增大;随着溶液质量分数的增大,黏性流动向弹性流动转变的f向高频区移动,表现出松弛快,弛豫时间短的性质。
2)明胶溶液的G″、η*都随温度的增大而减小,黏性流动向弹性流动转变的f向低频区移动,表现出松弛慢,弛豫时间长的性质,但是溶液的G′则不受溶液温度的影响,这与明胶溶液质量分数对溶液G′的影响是一致的。
参考文献:
[1] ROGERS R D,SEDDON K R. Ionic liquids:industrial applications for green chemistry[M]. Washington D C:American Chemical Society,2002.
[2] WELTON T. Room-temperature ionic liquids,solvents for synthesis and catalysis[J].Chemical Reviews,1999,99(8):2071-2082.
[3] PRZEMYSLAW K. Application of ionic liquids as solvents for polymerization processes[J]. Progress in Polymer Science,2004, 29(1):3-12.
[4] TU X P. Research into the dynamics of coagulation formation for polyacrylonitrile/ionic liquids/water system[D]. Shanghai:Donghua University,2007.
[5] LIU W W,CHENG L Y,ZHANG H Y,et al. Rheological behaviors of polyacrylonitrile/ 1-butyl-3-methylimidazolium chloride concentrated solutions[J]. International Journal of Molecule Sciences,2007,8(3):180-188.
[6] SWATLOSKI R P,SPEAR S K,HOLBREY J D,et al. Dissolution of cellose with ionic liquids [J]. Journal of the American Chemical Society,2002,124(18):4974-4975.
[7] ZHANG H,WU J,ZHANG J,et al. 1-allyl-3-methylimidazolium chloride room temperature ionic liquid:A new and powerful nonderivatizing solvent for cellulose[J]. Macromolecules,2005, 38(20):8272-8277.
[8] PHILLIPS D M,DRUMMY L F,CONRADY D G,et al. Dissolution and regeneration of Bombyx mori silk fibroin using ionic liquids[J]. Journal of the American Chemical Society,2004, 126(44):14350-14351.
[9] XIE H,LI S,ZHANG S. Ionic liquids as novel solvents for the dissolution and blending of wool keratin fibers[J]. Green Chemistry,2005,7(8):606-608.
[10] SAMMONS R J,COLLIER J R,RIALS T G,et al. Rheology of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride cellulose solutions. I. Shear rheology[J]. Science,2008,110(2):1175-1181.
[11] KIM Y T,HONG Y S,KIMMEL R M,et al. New approach for characterization of getatin biopolymer film using proton behavior determined by low field 1HNMR[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry,2007,55(26):10678-10684.
[12] GUO L,COLBY R H,LUSIGNAN C P,et al. Physical gelation of gelatin studied with rheo-optics[J]. Macromolecules,2003, 36(26):10009-10020.
[13] WANG L Z,AUTY M A E,RAU A,et al. Effect of pH and addition of corn oil on the properties of gelatin-based biopolymer films[J]. Journal of Food Engineering,2009,90(1):11-19.
[14] SINGH T,BORAL S,BOHIDAR H B,et al. Interaction of gelatin with room temperature ionic liquids:a detailed physicochemical study[J]. Journal of Physical Chemistry B,2010, 114(25):8441-8448.
教学目标
知识目标:
1、溶液组成的一种表示方法——溶质的质量分数;
2、溶液质量、体积、密度、溶质的质量分数之间的计算;
3、溶液稀释时溶质质量分数的计算。
能力目标:
培养学生分析问题的能力和解题能力。
情感目标:
培养学生严谨求实的科学的学习方法。
教学建议
课堂引入指导
通过讲述生产生活中的事例,引出溶液组成的表示方法。
知识讲解指导
1.建议在讲过溶液组成的表示方法后,可介绍配制溶质质量分数一定的溶液的方法。
2.可给学生归纳出,在溶质质量分数的计算中,需要用到以下知识:
(1)定义式
(2)溶解度与溶质质量分数的换算式
(3)溶液的质量与体积的换算式
(4)溶液在稀释前后,溶质的质量相等
(5)有关化学方程式的质量分数计算,需用到质量守恒定律
关于溶液组成的表示方法的教材分析
本节在详细介绍了溶液组成的一种表示方法——溶质的质量分数之后,通过例题教会学生有关溶质质量分数的计算。有关溶质质量分数的计算,可帮助学生加深对有关概念的理解,把有关概念联系起来,进行综合分析,起到使教材各部分内容融会贯通的作用。
教材从学生最熟悉的“咸”、“淡”谈起,直接引出“浓”和“稀”的问题。继而以糖水为例把宏观的“甜”跟微观糖分子的多少联系起来,使“浓”、“稀”形象化。在这个基础上来阐明溶液组成的含义,使感性的认识上升为理性知识,学生易于接受。
在了解溶液组成的含义之后,教材介绍了一种表示溶液组成的方法,接着提出一个关系式,又给出两种组成不同的食盐溶液,用图示的方法,使学生形象地了解它们的不同组成,以加深对关系式的理解。此后,围绕溶质的质量分数的概念,通过五个计算实例,教会学生有关溶质的质量分数的具体计算方法。
教材最后常识性介绍了其他表示溶液组成的方法:如体积分数表示的溶液组成,并指出根据实际需要,溶液组成可以有多种表示方法的道理。
关于溶液组成的教学建议
在了解溶液组成时,应该教育学生尊重化学事实,明确溶液的组成是指溶质在溶解度的范围内,溶液各成分在量的方面的关系。因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只能在一定范围内才有意义。例如:20℃时NaCl的水溶液最大的溶质质量分数不能超过26.5%,离开实际可能性,讨论更大质量分数的NaCl溶液是没有意义的。
关于溶质的质量分数的计算
在建立溶质的质量分数的概念之后,应让学生了解,化学计算不等于纯数学的计算,在计算时,要依据化学概念,通过计算不断巩固和发展化学概念,为此,可以做如下的课堂练习,并由老师指明学生练习的正误,随时对出现的错误加以纠正。
(1)100千克水里加入20千克氯化钠,溶液中氯化钠的质量分数为20%,对不对?为什么?
(2)在20℃时溶解度为21克,则它的饱和溶液中溶质的质量分数是21%,对不对,为什么?
(3)100克10%的NaCl溶液和50克20%的NaCl溶液混合,得到150克溶液,溶质的质量分数为15%,对不对?为什么?
关于如何引出溶质的质量分数的教学建议
在提出溶液组成之后,应把溶液的“浓”、“稀”及“一定量溶液”跟“溶质的量”结合起来,使学生有清楚的认识。切不要过早地引出溶质的质量分数表示溶液组成的方法。因为学生在溶液中溶质的质量分数计算中常出现一些错误,多半是由于对组成认识的模糊造成的,为此可以让学生做一些有关溶剂或溶质的量发生变化时,判断溶液浓稀变化趋势的练习,帮助学生理解溶液组成的意义。
例如:若溶质的量不变,溶剂的量减少,溶液的量如何变化?溶液的组成如何变化?
若溶质的量不变,溶剂量增加,则溶液量的变化如何?溶液组成变化如何?若溶质量增加且完全溶解,溶剂量不变,则溶液量的变化如何?溶液组成变化如何?若溶质质量减少,溶剂量不变,则溶液量的变化如何?组成怎样变化?等等。这些判断并不困难,然而是否有意识地进行过这些训练,会在做溶液中溶质的质量分数的计算题时,效果是大不一样的。
关于溶质的质量分数的计算的教学建议
关于溶质的质量分数的计算,大致包括以下四种类型:
(1)已知溶质和溶剂的量,求溶质的质量分数;
(2)计算配制一定量的、溶质的质量分数一定的溶液,所需溶质和溶剂的量;
(3)溶解度与此温度下饱和溶液的溶质的质量分数的相互换算;
(4)溶液稀释和配制问题的计算。
教材中例题1、例题2分别属前两个问题的计算类型,学生只要对溶质的质量分数概念清楚,直接利用溶质的质量分数的关系式,计算并不困难。第(3)类计算,实质上这类计算也是直接用关系式计算的类型,只是溶质、溶剂的数据,要通过溶解度的概念,从题在所给的数据中导出来。因此,只要学生了解应把溶解度和此温度下的饱和溶液中溶质的质量分数两个概念联系起来考虑,处理这类问题就不会很困难。
教材中的例题4这类稀释溶液和配制溶质的质量分数一定的溶液的计算比较复杂,需要教会学生从另一角度去思考这类问题。有关溶液的稀释和配制问题,要让学生理解,加水稀释和配制何种质量分数的溶液,溶质的质量总是不变的。犹如稠粥加水时米量是不改变的一样,因此计算时以溶质质量不变为依据建立等式关系。
例如设某溶液Ag,溶质的质量分数为a%,稀释成溶质的质量分数为b%的溶液Bg,则有:A´a%=B´b%。又若用两种不同质量分数的溶液(a%、b%)A、B克,配制中间质量分数C%的溶液,则有:A´a%+B´b%=(A+B)´C%
关于溶解度与溶质的质量分数关系
一、易错点扫描
1.与图像结合的计算和判断
2.与图表结合的计算和判断
3.混合物的计算
4.计算技巧的灵活应用
二、错例分析
1.石灰厂为了测定一批石灰石样品中碳酸钙的质量分数,取4g石灰石样品,把20g稀盐酸分4次加入样品中(样品中除碳酸钙外,其余的成分既不与盐酸反应也不溶于水),充分反应后经过滤、干燥等操作,最后称量实验数据如下表:
⑴该石灰石样品中碳酸钙的质量分数是多少?
⑵计算该稀盐酸的溶质的质量分数。(写出计算过程)
典型错误:
1.无法求出CaCO3的质量。
2.设这种稀盐酸的溶质的质量分数为x。
CaCO3+2HCl======CaCl2+H2O+CO2
100 73
4g 80x
错因分析:
1.不能正确分析出每次加入稀盐酸的质量与剩余固体质量之间的变化规律,首先在杂质的确定上就被卡住,后面的问题自然更是无从下手。
2.石灰石是混合物,所以4g不能带入化学方程式进行计算。
正确解法:根据题意得杂质的质量为1g,所以4g石灰石样品中CaCO3的质量为3g,
⑴即4g石灰石样品中CaCO3的质量分数为3g/4g =75%
⑵根据题意得,5g稀盐酸只能溶解掉1gCaCO3,设5g稀盐酸中的溶质的质量为x
CaCO3+2HCl======CaCl2+H2O+CO2
100 73
1g x x=0.73g
则这种稀盐酸的溶质的质量分数为0.73g/5g==14.6%
2.(2008南宁)将一定质量的金属锌投入到63.7克稀硫酸中,恰好完全反应,放出气体的质量与反应时间的关系如图所示。请你分析计算:反应后所得溶液中溶质的质量分数。
典型错误:
1.无法求出ZnSO4溶液的质量。
2.设生成硫酸锌质量为x。 H2
Zn+H2SO4======ZnSO4+H2 0.2 ……
98 161
63.7g x 时间
错因分析:
1.不能正确分析出图像中氢气与反应时间之间的变化规律,首先在质量守恒定律的应用上就被卡住,溶液的确定陷入困境。
2.0.2g氢气就是完全反应后生成氢气的质量,63.7g稀硫酸是混合物,不能带入化学方程式,即不会选择数据。
正确解法:根据题意得,63.7g稀硫酸最多生成0.2gH2,设反应生成ZnSO4的质量为y,需要金属锌的质量为x
Zn+H2SO4======ZnSO4+H2
65 161 2
x y 0.2g x=6.5g y=16.1g
则这种硫酸锌溶液的溶质的质量分数为
16.1 g ×100=16.1
6.5g +63.7g -0.2g
即所得硫酸锌溶液的溶质的质量分数为16.1。
3.称取氯化钠和氯化钙的混合物14g,放入烧杯中,加入96g的碳酸钠溶液,恰好完全反应,反应的化学方程式为:
Na2CO3+CaCl2====CaCO3+ 2NaCl
待反应完全后过滤,称得滤液的总质量为100g,试计算
(1)生成的沉淀的质量是多少?
(2)固体混合物中氯化钙的质量是多少?
(3)所得溶液中溶质的质量分数是多少?
典型错误:据质量守恒定律得,生成CaCO3沉淀的质量为(14g+96g)-100g=10g,设原混合物中CaCl2的质量为y,生成NaCl的质量为x。
Na2CO3+CaCl2====CaCO3+2NaCl
111 100 117
y 10g x
x=11.7g y=11.1g
则所得溶液中溶质的质量分数是
11.7g/100g=11.7
错因分析:能正确分析沉淀的质量,但溶液的确定陷入困境。11.7g是完全反应后生成氯化钠的质量,原来氯化钠和氯化钙的混合物是14g,据氯化钙的质量可以计算原来氯化钠的质量为14g-11.1g,则所得溶液中溶质的质量分数是:
[11.7g+(14g-11.1g)]/100g=14.6
三、典型题强化
1.某学校研究性学习小组为了测定当地矿山石灰石中碳酸钙的质量分数,取来了一些矿石样品,并取稀盐酸200g,平均分成4份,进行实验,结果如下:
(1)试计算哪几次反应中矿石有剩余?
(2)上表中的数值是多少?
(3)这种石灰石矿中碳酸钙的质量分数。
2.(2008山西)有一瓶因保存不当而部分变质的氢氧化钠固体,为测定其成分,取样品10g配成溶液,向其中滴加溶质质量分数为7.3%的稀盐酸,产生二氧化碳的质量与加入稀盐酸的质量关系(如图所示)。试求:
(1)样品中碳酸钠的质量是多少克?
(2)样品中氢氧化钠的质量分数是多少?
(3)样品与足量的稀盐酸反应后生成氯化钠的质量是多少?
3.将4.2g含杂质的氯化钡样品溶于盛有一定量水的烧杯中,向制得的氯化钡溶液中加入20g一定溶质质量分数Na2SO4的溶液,恰好完全反应,生成4.66g白色沉淀,求:
⑴样品中BaCl2的质量分数。
⑵Na2SO4溶液的溶质的质量分数。
四、要点归纳
1.与图像结合的计算要正确分析图像所表达的信息。
2.与图表结合的计算要正确分析表格数据的变化规律。
3.混合物的计算要准确带入数据,灵活应用质量守恒定律。