Question

5．某化學研究性學習小組需配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培養液450mL，且要求該培養液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1．實驗室提供的藥品有：NH₄⁺Cl、KCl、（NH₄⁺）₂SO₄、K₂SO₄和蒸餾水．請回答下列問題：
（1）該植物培養液中，NH₄⁺的物質的量濃度為0.8mol/L．
（2）甲同學用KCl和（NH₄）₂SO₄兩種物質進行配制，則需稱取m（KCl）=14.9g，m[（NH₄）₂SO₄]=26.4g．
（3）乙同學用（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl和K₂SO₄三種物質進行配制，則（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl、K₂SO₄三種物質的物質的量之比是1：2：1．

Answer 1

分析 配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培養液450mL，實驗室中沒有450mL的容量瓶，實際上配制的是500mL該溶液，
（1）要求該培養液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，依據電荷守恒計算溶液中銨根離子濃度；
（2）依據m=cVM及質量守恒定律計算選用溶質的質量；
（3）已知培養液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，根據質量守恒計算出（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl和K₂SO₄的物質的量，再計算出三者的物質的量之比．

解答 解：配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培養液450mL，實驗室中沒有450mL的容量瓶，實際上配制的是500mL該溶液，
（1）且要求該培養液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，依據溶液中電荷守恒規律可知：
c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）=c（K⁺）+c（NH₄⁺），0.4mol/L+2×0.4mol/L=0.4mol/L+c（NH₄⁺），得c（NH₄⁺）=0.8mol/L；
故答案為：0.8mol/L；
（2）要求該培養液中c（Cl^-）=c（K⁺）=0.4mol•L^-1，c（NH₄⁺）=0.8mol/L，則需要氯化鉀的物質的量濃度為0.4mol/L，需要氯化鉀固體質量為：m=0.4mol/L×0.5L×74.5g/mol=14.9g；
要使c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，c（NH₄⁺）=0.8mol/L，則需要硫酸銨的物質的量濃度為0.4mol/L，需要硫酸銨固體質量為：m=0.4mol/L×0.5L×132g/mol=26.4g，
故答案為：14.9；26.4；
（3）配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培養液500mL，且溶液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，根據（1）可知c（NH₄⁺）=0.8mol/L，根據鉀離子守恒需要K₂SO₄的物質的量為：n（K₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×0.4mol/L×0.5L=0.1mol，根據硫酸根離子守恒可知需要（NH₄）₂SO₄的物質的量為：n（（NH₄）₂SO₄）=0.4mol/L×0.5L-0.1mol=0.1mol，根據銨根離子守恒可知需要NH₄Cl的物質的量為：n（NH₄Cl）=0.8mol/L×0.5L-0.1mol×2=0.2mol，
所以則（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl、K₂SO₄三種物質的物質的量之比=0.1mol：0.2mol：0.1mol=1：2：1，
故答案為：1：2：1．

點評 本題考查了物質的量濃度的計算，題目難度中等，正確判斷配制溶液的體積為解答關鍵，注意掌握守恒思想在化學計算中的應用方法，試題培養了學生的分析、理解能力及化學計算能力．