Question

15．如圖，在一根長100厘米，粗細均勻的木棒左端掛有50克砝碼，放砝碼的托盤質量不計．右端掛有內盛40g稀硫酸的小桶（小桶質量為10g），以A點為支點時，木棒平衡．向小桶內加入一定質量的碳酸鈉固體，恰好完全反應后，木棒失衡．如果將支點移動1.5cm，木棒再次平衡．
（1）移動支點后，支點A距離a點的距離是48.5cm；
（2）加入碳酸鈉的質量是多少克？
（3）原硫酸溶液中溶質的質量分數是多少？

Answer 1

分析 （1）根據硫酸與小桶的質量是50g，再加入碳酸鈉后，要使平衡，可知支點應該向b處移動1.5cm，由此計算．
（2）根據杠桿平衡的公式F₁L₁=F₂L₂，代入數據計算．
（3）由碳酸鈉的質量結合化學方程式求出稀硫酸中溶質質量，再求出溶質質量分數．

解答 解：（1）碳酸鈉與稀硫酸反應能夠放出氣體，要使平衡，可知支點應該向a處移動1.5cm，移動支點后，支點A距離a點的距離是50cm-1.5cm=48.5cm；
（2）稀硫酸與碳酸鈉反應生成硫酸鈉、水和二氧化碳，反應的化學方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
設加入碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑  溶液增重
106                     44    106-44=62
 x                               $\frac{62x}{106}$
根據公式F₁L₁=F₂L₂，得50g×（50cm+1.5cm）=（50g+$\frac{62}{106}$x）×（50cm-1.5cm），解得x≈5.1g，
答：加入碳酸鈉的質量是5.1g；
（3）設原硫酸溶液中溶質的質量為y，
      Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
       106    98
       5.28g   y
     $\frac{106}{5.1g}$=$\frac{98}{y}$
      y≈4.7g
原硫酸溶液中溶質的質量分數為$\frac{4.7g}{50g}$×100%=11.75%
故答案為：（1）48.5cm；
（2）加入碳酸鈉的質量是5.1g；
（3）原硫酸溶液中溶質的質量分數為11.75%．

點評 物理與化學相聯系的題目，有一定難度．此題考查的是天平問題，解題的關鍵是找出天平兩端質量的增加值相等這一關系，是利用化學方程式計算的綜合訓練題．