2.5 克水分解成氧气和氢气。预计能生成多少克氢气？

Step-by-step solution

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   先配平这个分解反应——物质的量之比只由系数决定，别无他途。 水分解成双原子的氢气和双原子的氧气：

   $2\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\,\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2}$

   系数 $2$ 和 $2$ 给出消耗的 $\mathrm{H_2O}$ 与生成的 $\mathrm{H_2}$ 之间 $1:1$ 的物质的量之比。按质量算并不是 $1:1$，所以「克换算成摩尔」这一步绕不过去。

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   查出摩尔质量。 $M(\mathrm{H_2O}) = 2(1.0) + 16.0 = 18.0\ \mathrm{g/mol}$，$M(\mathrm{H_2}) = 2(1.0) = 2.0\ \mathrm{g/mol}$。

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   把 2.5 g 水换算成物质的量。

   $n(\mathrm{H_2O}) = \frac{2.5\ \mathrm{g}}{18.0\ \mathrm{g/mol}} = 0.1389\ \mathrm{mol}$

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   套用 1:1 的比，再换算回质量。 一摩尔水生成一摩尔 $\mathrm{H_2}$，所以 $n(\mathrm{H_2}) = 0.1389\ \mathrm{mol}$，而

   $m(\mathrm{H_2}) = 0.1389 \times 2.0 = 0.278\ \mathrm{g}$

   整条换算链归结起来就是 $2.5 \times \tfrac{2.0}{18.0}$。

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   按两位有效数字取值，并用质量守恒检验。 题给数据只有两位有效数字，所以答案写成 $0.28\ \mathrm{g}$。那么生成的氧气应当是 $2.5 - 0.278 = 2.222\ \mathrm{g}$，即 $\tfrac{2.222}{32.0} = 0.0694\ \mathrm{mol}$ 的 $\mathrm{O_2}$——恰好是 $\mathrm{H_2}$ 那 $0.1389\ \mathrm{mol}$ 的一半，与配平方程中 $2:1$ 的系数比相符。