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化学中的十字交叉法是什么?

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化学中的十字交叉法是一种用于解决二组分混合物计算问题的简便方法,主要应用于以下场景:

一、基本原理

十字交叉法基于质量守恒定律,通过交叉相乘的方式快速计算混合物中各组分的含量。其核心公式为:

$$

\frac{a - c}{c - b} = \frac{n_2}{n_1} \quad \text{或} \quad \frac{c - a}{a - b} = \frac{n_1}{n_2}

$$

其中:

$a$ 和 $b$ 分别表示两种组分的纯物质质量或浓度;

$c$ 表示混合物的平均质量或浓度;

$n_1$ 和 $n_2$ 表示两种组分在混合物中的质量分数或物质的量之比。

二、应用场景

溶液稀释与浓缩

例如,将15%的NaNO₃溶液浓缩至30%,可通过蒸发溶剂实现。设蒸发溶剂质量为$x$,则:

$$

\frac{15\% \times (A - x)}{x} = \frac{30\%}{70\%} \Rightarrow x = \frac{A}{2}

$$

十字交叉法可快速得出结果。

气体混合

混合两种气体时,可通过十字交叉法计算混合后的体积比。例如,氧气和氢气按2:1体积混合,混合后氧气的体积分数为75%。

化学反应计算

在多步反应中,十字交叉法可用于中间产物的浓度计算,减少试剂用量并优化反应条件。

三、注意事项

仅适用于两种组分的混合物计算,无法直接用于多元混合物;

公式中的差量需注意符号,避免混淆。

四、典型例题

例:

有50g 16%的酒精溶液,欲配制成20%的酒精溶液,需加蒸馏水多少克?

解:设需加蒸馏水质量为$x$,则:

$$

\frac{16\% \times 50}{x} = \frac{20\%}{80\%} \Rightarrow x = 40\text{g}

$$

通过十字交叉法快速得出答案。

综上,十字交叉法是化学计算中一种高效、简洁的方法,需结合具体问题选择适用场景,并注意公式中的量纲和符号。