Wolfram|Alpha 化学分步解答系列

上周，我们开始了Wolfram | Alpha分布化学产品的四部分系列文章，该产品涉及化学反应。未来的文章将涵盖化学结构和键合以及量子化学。本周，我们将继续提供化学解决方案，这是所有化学课程的另一个基本组成部分。从血管中的血液到覆盖地球的海洋，解决方案无处不在！了解其化学性质对于维持生命、创造新材料和治疗疾病至关重要。因此，从生物学到材料科学再到卫生专业的学科都必须适应与解决方案相关的计算。

为了掌握此类计算，分步结果提供了逐步指导，可以一次查看一个步骤，也可以一次查看全部。例如，阅读有关溶质浓度、溶液制备、pKa和依数性质的问题。

以下问题查询解答均可以在 Wolfram Mathematica 和 Wolfram|Alpha Notebook Edition 软件中实现。具体详情请联系Wolfram中国代理商。

浓度

化学溶液的分析开始于确定所述溶液中组分的浓度。除摩尔浓度外，分步结果可用于计算含量分数、质量分数和摩尔浓度。在所有情况下，都可以通过计划步骤提供解决这些集中问题的通用框架。高亮显示了使用哪个公式以及如何计算必要信息的详细信息。

示例问题：

355毫升的软饮料样品含有0.133摩尔的蔗糖。样品中蔗糖的摩尔浓度是多少？

分步解决方案

对于此问题，请输入“在355毫升水中0.133摩尔蔗糖的摩尔浓度”。

溶液准备

世界各地的化学实验室每天都会产生所需浓度的溶液。通过使用较高浓度的储备溶液和稀释配方或使用摩尔浓度的定义，可逐步获得用于制备溶液的结果。在这两种情况下，都通过计划步骤提供了解决这些类型问题的通用框架。高亮显示了使用哪个公式以及如何计算必要信息的详细信息。

示例问题：

制作250 mL的2.00 M HCl溶液需要多少毫升浓HCl？

分步解决方案

要找出所需的毫升数，请输入“从浓盐酸中制备250毫升2.00 M HCl”，因为Wolfram | Alpha知道浓盐酸的摩尔浓度。

pKa

了解质子与另一个原子的结合程度对于理解和预测涉及酸和碱的化学反应至关重要。包含此信息的实验值是酸度常数Ka。酸度常数可以跨越多个数量级，因此更容易查看pKa值。pKa计算器可轻松实现pKa和酸度常数的相互转换。

示例问题:

氢氰酸的酸度常数值为6.2×10-10。相应的pKa值是多少？

分步解决方案

可以通过“ pKa Ka = 6.2×10 ^ -10”直接向计算器提供已知信息。

依数性

溶液的物理性质不同于组成溶液的纯溶质和溶剂的物理性质。主要取决于溶质颗粒数量而不是那些颗粒的化学性质的溶液性质被称为依数性质。可使用分步结果来计算沸点升高和凝固点降低以及所有依数性公式中使用的van't Hoff因子。

示例问题：

假设理想溶液状态，在甲苯中包含非挥发性溶质的0.33 m溶液（Kb = 3.4 K kg / mol）的沸点是多少？

分步解决方案

可以通过“沸点高程m = 0.33 molal，i = 1，Kb = 3.4 K kg / mol”直接向必要的计算器提供已知信息。

挑战问题

使用所述的Wolfram | Alpha工具测试您的化学解决方案解决问题的能力，以解决这些问题。答案将在本系列的下一篇博客文章中提供。

1.老式冰淇淋机中使用的盐浴的最佳比例是5杯冰1杯盐。所得混合物的质量分数是多少？

2.对于在–5.00°C下冻结的溶液，乙二醇的摩尔浓度是多少？

上周挑战问题的答案

以下是上周化学解决方案挑战性问题的答案。

1.计算对乙酰氨基酚的分子量。原子数最大的元素也是质量百分比最大的元素吗？

除非您记得原子数和分子质量是在质量组成计算过程中计算出来的，否则可能会试着进行两次Wolfram | Alpha查询。

分子量为151.165 u。氢原子数最多，但总质量最小。这是因为氢的原子质量非常小。

2. 当24.8克白磷和0.200摩尔氧气反应生成10.0克五氧化二磷时，极限反应物和理论产率是多少？

与第一个问题类似，人们可能首先认为有必要提交多个Wolfram | Alpha查询。但实际上，两个答案都可以立即计算。请注意，Wolfram | Alpha会计算出化学式，进行化学转化并自动平衡化学方程式。

极限反应物是氧气，产物的理论产量为11.36克。