平均摩尔电子质量应用

氧化还原反应发生时必然伴随着电子转移,在做与氧化还原反应相关的混合物计算时使用平均摩尔电子质量法,可以快速理清思路、简化过程,非常实用.
一、平均摩尔电子质量法的解题原理
摩尔电子质量(下文用Me-表示),是指在氧化还原反应中每转移1mol电子时对应的某种反应物(或产物)的质量.根据定义可以推知：
摩尔电子质量(g/mol e-) == 物质的质量(g) / 转移电子物质的量(mol e-)
对于金属来说,其摩尔电子质量在数值上也等于其相对原子质量除以化合价.如：金属镁、铁、锌、钠、铝等跟稀酸反应生成氢气时,摩尔电子质量分别为12、28、32.5、23、9g/mol e-；铜、铁、铝等在跟Cl2、HNO3等反应生成相应的盐时,摩尔电子质量分别为32、56/3、9g/mol e-.
显然,在氧化还原反应中,每一种含变价元素的物质都有一个Me-值.如果是同类物质所组成的混合物,则有一个平均摩尔电子质量(Me-).利用平均摩尔电子质量法,根据平均值原理可以快速判断某些混合物的组成；若是双组分体系,还可利用十字交叉法计算出两组分的比例.
二、平均摩尔电子质量法的应用
1,直接判定单一物质的成份
例1：(2001全国理综试题)用足量的CO还原32.0g某种氧化物,将生成的气体通入足量澄清石灰水中,得到60g沉淀,则该氧化物是().
(A)FeO(B)Fe2O3(C)CuO(D)Cu2O
解析：由CO----CO2----CaCO3可以推知,32 g 氧化物被还原时共得电子2 e-×60g/100g/mol=1.2mol.题中氧化物的 Me- = 32g /1.2mol e- = 80/3 g/mol e-.而四个选项物质的Me-分别为36、80/3、40 g/mol e-、72 g/mol e-.故此氧化物为Fe2O3.选(B).
练习1：某金属0.100g与足量的水反应时生成0.005gH2,这种金属是().
(A)Na (B)K(C)Ca(D)Rb
2,判断同类混合物的组成
例2：(1998年全国高考)由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混和物10克,与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升,则混和物中一定含有的金属是
(A) 锌 (B) 铁(C) 铝(D) 镁
解析：锌铁铝镁的Me-分别为32.5、28、9、12g/mol e-.而题中混合金属的Me-=10g/(2× 11.2L/22.4L/mol)=10g/mol e-.根据平均值原理,混合金属一定含有铝.选(C).
例3：两种金属的混合物3.4g,与足量盐酸反应时放出H2 2.24 L（标准状况）,这两种金属可能是（ ）.
(A) Zn和Fe(B) Mg和Al(C)Al和Fe(D) Zn和Cu
解析：锌铁镁铝的Me分别为32.5、28、12、9g/mol e-,铜与盐酸不反应,可认为其Me-无穷大.混合金属的Me-=3.4g/(2× 2.24L/22.4L/mol)=17g/mol e-.根据平均值原理,混合金属只可能是铝和铁.选(C).
例4：用足量的CO还原0.6g铁的氧化物,将生成的CO2通如过量的澄清的石灰水中,得1g沉淀,则此氧化物的组成不可能为（ ）.
(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还原为单质Fe的反应中,三者的Me-分别为36、80/3、29 g/mol e-.而题中铁的氧化物的 Me- = 0.6g / (2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-(由CO----CO2----CaCO3可以推知,0.6 g 混合物被还原时共得电子2×1g/100g/mol=0.02mol).根据平均值原理,此氧化物不可能由Fe2O3和Fe3O4组成.选(D).
练习2：两种金属组成的混合物5.0 g与Cl2完全反应,消耗Cl2 2.24 L（标准状况）,则混合物可能的组成为（ ）.
(A) Cu和Zn (B) Mg和Al (C) Fe和Mg(D) Ca和Cu
3,计算双组分混合物的比例
通过混合物的平均摩尔电子质量,还可用十字交叉法计算双组分混合物的比例.此时应注意：十字交叉计算所得比例是转移电子的物质的量之比,两组分的物质的量之比可由两组分所提供电子的比例转化推知.
例5：K、Na合金3.1g溶于足量水中,生成H21.12 L（标准状况）,则原合金中K与Na的物质的量之比为（）.
(A) 1:1(B) 1:2 (C) 2:1 (D) 2:3
解析：混合金属Me-=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所失去的电子物质的量之比 = 8:8 = 1:1,因两者皆为一价金属,故Na、K物质的量之比也为1:1.
例6：将7.8gMg和Al的混合物投入足量稀硫酸中,产生了8.96LH2（标准状况）,求原混合物中Mg、Al的物质的量之比为多少?
解析：题中混合金属的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所失去的电子物质的量之比 = (3/4) : (9/4) = 1 :3,因在反应中Mg原子失2e-,Al失3e-,故Mg、Al物质的量之比 = (1/2/ 3/3) = 1 : 2 .
例7：用足量的CO还原0.6 g FeO和Fe3O4 的混合物,将生成的CO2通入过量的澄清石灰水中,经过滤、干燥后得1.0 g沉淀,求FeO与Fe3O4 物质的量之比.
解析：混合物的Me- = 0.6g/(2×1g/100g/mol) = 30 g/mol e-,而FeO和Fe3O4 的Me-分别为36、29g/mol e-.用十字交叉法,得：
FeO361
30
Fe3O4296
故FeO、Fe3O4所得到的电子物质的量之比 = 1 :6,因在反应中一个FeO得到 2e-,一个Fe3O4得到 8e-,故FeO和Fe3O4 的物质的量之比 = (1/2) : (6/8) = 2 : 3 .
练习3：14gMg与Fe的混合物与足量稀硫酸反应,产生H211.2L（标准状况）,求原混合物中Mg与Fe的物质的量之比.
练习答案：1,C；2,D；1:7.