化学中的十字交叉法
一、十字交叉相乘法
这是利用化合价书写物质化学式的方法,它适用于两种元素或两种基团组成的化合物。其根据的原理是化合价法则:正价总数与负价总数的代数和为0(或正价总数与负价总数的绝对值相等)。现以下例看其操作步骤。
例1:写出+6价硫的氧化物的化学式。
1.按正价元素写在左边,负价元素写在右边的顺序写出组成化合物的两种元素的符号,并在元素符号的上方标出化合价。
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2.根据十字交叉法确定对角元素的原子个数。
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3.如果原子个数有公约数,应约成最简整数比。
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3
4.用化合价法则检验。
二、十字交叉相比法
我们常说的十字交叉法实际上是十字交叉相比法,它是一种图示方法。十字交叉图示法实际上是代替求和公式的一种简捷算法,它特别适合于两总量、两关系的混合物的计算(即2—2型混合物计算),用来计算混合物中两种组成成分的比值。
例2:CH4在一定条件下催化氧化可以生成C2H4、C2H6(水和其它产物忽略不计)。取一定量CH4经催化氧化后得到一种混合气体,它在标准状况下的密度为0.780 g / L。已知反应中CH4消耗了20.0%,计算混合气体中C2H4的体积百分含量。(本题计算过程中保持3位有效数字) (MCE95.)
解法一:设反应前CH4为1 mol,其中有x mol转化成C2H4,即生成
mol C2H4和
mol C2H6。
反应后混合气体的总物质的量 = 0.800 mol+0.200 mol×
= 0.900 mol
= 0.780 g / L
解得 x = 0.0800 mol
C2H4的体积百分含量 =
×100% = 4.44%
解法二:设反应后所得混合气体的相对平均摩尔质量为
,反应生成的C2H4和C2H6两者(C2Hx )的相对平均摩尔质量为
,
= 0.780 g / L×22.4 mol / L = 17.472 g / mol
CH4 ————
C2Hx
0.2 0.1
16×0.8+0.1×
=17.472 ①
=29.248
(注:①式可用十字交叉图示和三角正弦图示来计算,如图三和图四。

, x = 11.776,
= 29.248)
设C2H4和C2H6在C2Hx中的物质的量分数分别为y1和y2,
则可得:28×y1+30×y2=29.248 ②
=
=![]()
(注:②式可用十字交叉图示和三角正弦图示来计算,如图五和图六。

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=
=
)
CH4∶C2H4∶C2H6 = 0.8∶
×5∶
×3 = 64∶5∶3
C2H4% =
×100% = 4.17%
由上述分析可知,凡是用以上两种方法能解的二元混合物(涉及高、中、低三种量)的计算问题都可用十字交叉图示法解出,因此,十字交叉法只是代替上述两种算法的一种图示简捷算法,是一种数学模式;它们只不过比具体解二元一次方程组来得简捷方便而已。
注:本人在“十字交叉法的用途和局限”(已在本站发表)有专门叙述。
三、十字交叉消去法
十字交叉消去法简称为十字消去法,它是一类离子推断题的解法,采用“十字消去”可缩小未知物质的范围,以便于利用题给条件确定物质,找出正确答案。下面通过具体实例加以说明。
例:有A、B、C、D、E五种溶液,它们的阳离子分别是Ag+、Na+、Ba2+、Al3+、Fe3+,阴离子分别是Cl-、
、OH-、
、
(都不重复),现进行如下实验:(上海88.二.4)
(1) C溶液中加入纯铁粉,溶液质量增加。
(2) A、E溶液都呈碱性。测得0.1 mol / L的A溶液pH值小于13。
(3) 在B溶液中逐渐加入氨水,出现沉淀,继续加入氨水,沉淀消失。
(4) 在D溶液中加入硝酸钡溶液,无现象。
由上述现象可推知各种溶液中所含的阴、阳离子是
| 溶 液 | A | B | C | D | E |
| 阳离子 | | | | | |
| 阴离子 | | | | | |
解析:由于题中阴、阳离子不能重复出现,可采用“十字消去法”求解。把阴离子写成一纵行,阳离子写成一横排,一种阴离子与一种阳离子可组成一种物质,不溶于水的用“—”划之。银盐中只有AgNO3溶于水,故可排除其余银盐和硝酸盐,以“—”划之。碳酸盐只可能是Na2CO3,其余碳酸盐以“—”划之。此时,OH-能与之结合生成强碱的就是Ba(OH)2,其余钡盐和碱又划去,构成十字交叉,最后剩下Al3+、Fe3+和
、
。(如下图所示)因此,按物质溶于水,通过逻辑推断,得出7种物质:AgNO3、Na2CO3、Ba(OH)2、AlCl3、Al2(SO4)3、FeCl3、Fe2(SO4)3。

由题意(2)可知A应是强碱弱酸盐,即Na2CO3,E是强碱,即Ba(OH)2;由(3)知B是银盐,而可溶性的银盐只有AgNO3;由(1)知C应含Fe3+,故D应含Al3+;再由(4)知D中无
,故D是AlCl3,C是Fe2(SO4)3。
结论:
| 溶 液 | A | B | C | D | E |
| 阳离子 | Na+ | Ag+ | Fe3+ | Al3+ | Ba2+ |
| 阴离子 |
|
|
| Cl- | OH- |