常规、改进与创新——一道化学竞赛题的三种解法

题目：甲、乙、丙三位同学用下列试剂分别进行实验，均恰好反应完全。所用试剂及质量见下表。

试剂及质量

反应后所得溶液质量

甲
CaO(固)a1克
10%盐酸b1克
C1克

乙
Ca(OH)2（固）a2克
10%盐酸b2克
C2克

丙
CaCO3(固)a3克
10%盐酸b3克
C3克

已知：a1+a2+a3=23.04克，b1+b2+b3=189.8克，现将甲、乙、丙三同学所得溶液全部倒入一个容器内，称得此溶液为206.16克，试求此混合溶液的溶质质量分数。（精确到0.1%）

解析：这是2000年全国奥林匹克初中化学竞赛山东赛区初赛35题。通过阅卷发现，此题对学生来说难度较大，能得满分的考生非常少，大部分考生只求出了碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙的质量。分析发现此题有灵活多变的解法，下面用不同方法予以解答。

1常规解法：

解：CaCO3和盐酸反应生成CO2的质量为：

189.8克+23.04克206.16克6.68克

设：生成6.68克CO2需盐酸中HCl的质量为x，需CaCO3质量为y，生成CaCl2的质量为z

CaCO3+HClCaCl2+CO2↑+H2O

100　 73　　 111 44

y　 x　　 z　 6.68克

和CaO、Ca(OH)2反应的盐酸中的HCl为：

189.8克×10%-11.08克7.9克

CaO、Ca(OH)2的质量为：

23.04克15.18克7.86克

设：CaO的质量为M，需盐酸中的HCl的质量为m1,生成CaCl2的质量为m2,则Ca(OH)2的质量为（7.86克-M），需盐酸中HCl的质量为m3,生成CaCl2的质量为m4。

CaO+2HClCaCl2+H2O

56 73　　 111

M　 m1　　　 m2

Ca(OH)2+2HClCaCl+2H2O

74　　 73　　 111

7.86克-M m3　　 m4

解得M=0.46（克）

那么Ca(OH)2的质量为：7.86克0.46克7.40克

生成CaCl2的总质量为：16.85克+0.91克+11.10克=28.86克

CaCl2的溶液的溶质质量分数为：

答：略

评点：有90%以上的考生受根据化学方程式计算格式的定势影响，采用上述方法解答，引方法计算思路有章可循，但计算繁琐，未知量多，花费时间长，难以得到正确答案。

2 改进解法：

解：由CaO+2HCl=CaCl2+H2O

Ca(OH)2+HClCaCl2+2H2O

CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O

得出2HCl→CaCl2

设：反应共生成CaCl2的质量为x

2HCl　 →　　 CaCl2

73　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 111

189.8克×10%　　　 x

73:111=189.8克×10%：x

x=

CaCl2溶液的溶质质量分数为：

答：略。

评点：此法利用三种固体和盐酸反应都生成氯化钙及盐酸和氯化钙之间的质量关系进行计算，易理解，计算大为简化。

3．创新解法：

解：189.8克10%盐酸中含氯元素的质量为

189.8克×10%×

189.8克盐酸和CaO、Ca(OH)2、CaCO3完全反应后溶液中的溶质是CaCl2,其氯元素的质量就是上述盐酸中氯化氢所含氯元素的质量即18.46克。

则206.16克溶液中溶质CaCl2的质量为：

18.46克÷

CaCl2溶液的溶质质量分数为：

答：略

评点：此法打破了必须根据化学方程式进行计算的传统解法，根据质量守恒规律，算出盐酸中氯化氢所含氯元素的质量，从而求出反应后生成氯化钙的质量，使计算过程大大简化，具有一定的创新性。