化學解決方案：分布化學系列

上周，我們開始了Wolfram | Alpha分布化學產(chǎn)品的四部分系列文章，該產(chǎn)品涉及化學反應。 未來的文章將涵蓋化學結構和鍵合以及量子化學。 本周，我們將繼續(xù)提供化學解決方案，這是所有化學課程的另一個基本組成部分。從血管中的血液到覆蓋地球的海洋，解決方案無處不在！ 了解其化學性質(zhì)對于維持生命、創(chuàng)造新材料和治療疾病至關重要。 因此，從生物學到材料科學再到衛(wèi)生專業(yè)的學科都必須適應與解決方案相關的計算。

為了掌握此類計算，分步結果提供了逐步指導，可以一次查看一個步驟，也可以一次查看全部。 例如，閱讀有關溶質(zhì)濃度、溶液制備、pKa和依數(shù)性質(zhì)的問題。

濃度

化學溶液的分析開始于確定所述溶液中組分的濃度。 除摩爾濃度外，分步結果可用于計算含量分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)和摩爾濃度。 在所有情況下，都可以通過計劃步驟提供解決這些集中問題的通用框架。 高亮顯示了使用哪個公式以及如何計算必要信息的詳細信息。

示例問題

355毫升的軟飲料樣品含有0.133摩爾的蔗糖。 樣品中蔗糖的摩爾濃度是多少？

分步解決方案

對于此問題，請輸入“在355毫升水中0.133摩爾蔗糖的摩爾濃度”。

溶液準備

世界各地的化學實驗室每天都會產(chǎn)生所需濃度的溶液。 通過使用較高濃度的儲備溶液和稀釋配方或使用摩爾濃度的定義，可逐步獲得用于制備溶液的結果。 在這兩種情況下，都通過計劃步驟提供了解決這些類型問題的通用框架。 高亮顯示了使用哪個公式以及如何計算必要信息的詳細信息。

示例問題

制作250 mL的2.00 M HCl溶液需要多少毫升濃HCl？

分步解決方案

要找出所需的毫升數(shù)，請輸入“從濃鹽酸中制備250毫升2.00 M HCl”，因為Wolfram | Alpha知道濃鹽酸的摩爾濃度。

pK_a

了解質(zhì)子與另一個原子的結合程度對于理解和預測涉及酸和堿的化學反應至關重要。 包含此信息的實驗值是酸度常數(shù)K_a。 酸度常數(shù)可以跨越多個數(shù)量級，因此更容易查看pK_a值。 pK^a計算器可輕松實現(xiàn)pK_a和酸度常數(shù)的相互轉換。

示例問題

氫氰酸的酸度常數(shù)值為6.2×10^-10。 相應的pK_a值是多少？

分步解決方案

可以通過“ pKa Ka = 6.2×10 ^ -10”直接向計算器提供已知信息。

依數(shù)性

溶液的物理性質(zhì)不同于組成溶液的純?nèi)苜|(zhì)和溶劑的物理性質(zhì)。 主要取決于溶質(zhì)顆粒數(shù)量而不是那些顆粒的化學性質(zhì)的溶液性質(zhì)被稱為依數(shù)性質(zhì)。 可使用分步結果來計算沸點升高和凝固點降低以及所有依數(shù)性公式中使用的van't Hoff因子。

示例問題

假設理想溶液狀態(tài)，在甲苯中包含非揮發(fā)性溶質(zhì)的0.33 m溶液（Kb = 3.4 K kg / mol）的沸點是多少？

分步解決方案

可以通過“沸點高程m = 0.33 molal，i = 1，Kb = 3.4 K kg / mol”直接向必要的計算器提供已知信息。

挑戰(zhàn)問題

使用所述的Wolfram | Alpha工具測試您的化學解決方案解決問題的能力，以解決這些問題。 答案將在本系列的下一篇博客文章中提供。

1.老式冰淇淋機中使用的鹽浴的最佳比例是5杯冰1杯鹽。 所得混合物的質(zhì)量分數(shù)是多少？

2.對于在–5.00°C下凍結的溶液，乙二醇的摩爾濃度是多少？

上周挑戰(zhàn)問題的答案

以下是上周化學反應挑戰(zhàn)性問題的答案。

除非您記得原子數(shù)和分子質(zhì)量是在質(zhì)量組成計算過程中計算出來的，否則可能會試著進行兩次Wolfram | Alpha查詢。

分子量為151.165 u。 氫原子數(shù)最多，但總質(zhì)量最小。 這是因為氫的原子質(zhì)量非常小。

與第一個問題類似，人們可能首先認為有必要提交多個Wolfram | Alpha查詢。 但實際上，兩個答案都可以立即計算。 請注意，Wolfram | Alpha會計算出化學式，進行化學轉化并自動平衡化學方程式。

極限反應物是氧氣，產(chǎn)物的理論產(chǎn)量為11.36克。