Question

5．某化学研究性学习小组需配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培养液450mL，且要求该培养液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1．实验室提供的药品有：NH₄⁺Cl、KCl、（NH₄⁺）₂SO₄、K₂SO₄和蒸馏水．请回答下列问题：
（1）该植物培养液中，NH₄⁺的物质的量浓度为0.8mol/L．
（2）甲同学用KCl和（NH₄）₂SO₄两种物质进行配制，则需称取m（KCl）=14.9g，m[（NH₄）₂SO₄]=26.4g．
（3）乙同学用（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl和K₂SO₄三种物质进行配制，则（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl、K₂SO₄三种物质的物质的量之比是1：2：1．

Answer 1

分析 配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培养液450mL，实验室中没有450mL的容量瓶，实际上配制的是500mL该溶液，
（1）要求该培养液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，依据电荷守恒计算溶液中铵根离子浓度；
（2）依据m=cVM及质量守恒定律计算选用溶质的质量；
（3）已知培养液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，根据质量守恒计算出（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl和K₂SO₄的物质的量，再计算出三者的物质的量之比．

解答 解：配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培养液450mL，实验室中没有450mL的容量瓶，实际上配制的是500mL该溶液，
（1）且要求该培养液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，依据溶液中电荷守恒规律可知：
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；
故答案为：0.8mol/L；
（2）要求该培养液中c（Cl^-）=c（K⁺）=0.4mol•L^-1，c（NH₄⁺）=0.8mol/L，则需要氯化钾的物质的量浓度为0.4mol/L，需要氯化钾固体质量为：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，则需要硫酸铵的物质的量浓度为0.4mol/L，需要硫酸铵固体质量为：m=0.4mol/L×0.5L×132g/mol=26.4g，
故答案为：14.9；26.4；
（3）配制含有NH₄⁺、Cl^-、K⁺、SO₄^2-的植物培养液500mL，且溶液中c（Cl^-）=c（K⁺）=c（SO₄^2-）=0.4mol•L^-1，根据（1）可知c（NH₄⁺）=0.8mol/L，根据钾离子守恒需要K₂SO₄的物质的量为：n（K₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×0.4mol/L×0.5L=0.1mol，根据硫酸根离子守恒可知需要（NH₄）₂SO₄的物质的量为：n（（NH₄）₂SO₄）=0.4mol/L×0.5L-0.1mol=0.1mol，根据铵根离子守恒可知需要NH₄Cl的物质的量为：n（NH₄Cl）=0.8mol/L×0.5L-0.1mol×2=0.2mol，
所以则（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl、K₂SO₄三种物质的物质的量之比=0.1mol：0.2mol：0.1mol=1：2：1，
故答案为：1：2：1．

点评 本题考查了物质的量浓度的计算，题目难度中等，正确判断配制溶液的体积为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．