守恒法在化學計算題中的應用

[摘要]在化學計算題中，有許多計算題都蘊藏著某方面甚至多方面的“守恒”因素。根據(jù)“守恒因子”劃分，中學化學中常見的守恒有:①質量守恒，②物質的量守恒(原子、原子團守恒或元素守恒)，③電子轉移守恒，④電荷守恒，⑤濃度守恒，⑥體積守恒。

[關鍵詞]守恒典;守恒思想; 解題; 化學計算

化學試題的解題方法多種多樣，巧妙的解題能使復雜的題目變得簡單，守恒法就是其中一種.所謂“守恒”就是準確地選擇化學式中某兩數(shù)(如正、負化合價總數(shù)或得知電子總數(shù)，陰、陽離子所帶的正、負電荷總數(shù))始終保持相等，或幾個連續(xù)(或平行)的化學方程式前后某微粒(如離子、原子、電子)的物質的量保持不變作為解題依據(jù)，運用守恒法既可避免書寫繁瑣的化學方程式提高解題的速度，又可避免在紛繁復雜的解題背景中尋找關系式，提高解題的準確度，其具體應用有:

一、質量守恒

質量守恒定律的內容，從宏觀上闡述是:“參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和”。從微觀領域闡述則是:“在一切化學反應中，反應前后原子的種類個數(shù)(或數(shù)目)、原子質量前后沒有變化，因此，質量守恒”。

例1:ag某KOH溶液跟ag某硝酸溶液混合，恰好完全反應，所得溶質的質量分數(shù)為10.1%的溶液，將此溶液恒溫蒸發(fā)掉0.99ag水后，成為t℃時的飽和溶液。求:

(1)所取KOH溶液中溶質的質量分數(shù);

(2)反應后所得溶液中溶質在t℃時溶解度。

解析:KOH與HNO3完全反應，得到KNO3溶液，從質量守恒定律宏觀闡述可知:KNO3溶液的質量為2ag，再通過題目中所提信息:m質=2a€?0.1%g，利用化學反應方程式中比例，解題如下:設KOH溶液中含X(g)KOH(溶質)。

KOH+HNO3=KNO3+H2O

56 101

x 2ag€?0.1%

解得:x=0.112ag

0.112ag€?00%=11.2%

(2)飽和溶液的質量為:

2ag-0.99ag=1.01ag

設溶解度為S，則:

S∶(100+S)=2ag€?0.1%∶1.01ag

0.202ag1.01ag=SS+100

解得:S=25g

此題主要利用質量守恒法的宏觀闡述。

二、原子或原子團守恒

在許多化學反應中，尤其是離子反應中，原子或原子團以整體參加后，原子或原子團仍然保持守恒。

例2:有一在空氣中暴露過的KOH固體，經(jīng)分析測知其中含水7.62%，K2CO32.83%，KOH90%。若將此樣品先加入到1m01/L的鹽酸46.0

0mL里，過量的鹽酸再用1.07mo1/LKOH溶液27.65mL正好中和，鹽酸中和后的溶液可得固體約為()。

A.3.43gB.4.00gC.4.50gD.1.07g

解析:許多學生在解這道題時，忽視該題中所隱含的條件:反應前后氯元素守恒，如果根據(jù)每步反應求KCI的質量，解題太繁，固體KCI的質量為:1mo1/L€?6.00mo1/1000€?4.5g/mo1=3.43g，故選答案A。

例3:為了測定某Cu、Ag合金的成分，將30.3g合金溶于80mL13.5mo1/L的濃HNO3中，等合金完全溶解后，收集到氣體6.72L(標況)，并測得溶液中H+的濃度為1MO1/l。假設反應后溶液的體積仍是80mL，試計算:

(1)被還原的HNO3的物質的量:

(2)合金中Ag的質量分數(shù)。

解析:此題應該明確題意，挖掘題中所給信息，Cu、Ag合金完全溶解后轉化為Uu(No3)2，AgNO3。設收集的氣體為NOm，它是由被還原的HNO3產(chǎn)生的，則反應前后氮原子守恒。

(1)設被還原的HNO3為x(mo1)，HNO3(被還原)——NOm，系數(shù)為1∶1=x∶6.7222.4

則x=0.3mo1。對于(2)Cu～Cu(NO3)2～2HNO3，設Cu的物質的量為n(Cu)(mo1)，則HNO3的物質的量為2nCu(mo1)，類似的，Ag所需HNO3的物質的量為n(AG)(MO1)，所以，由N守恒列出方程式:

2nCu+nAg+0.3+1€?.08=13.5€?.08(1)

64nCu+109nAg=30.0(2)

解聯(lián)立方程得:nAg=0.1mo1

所以，合金中Ag的質量分數(shù)為:

0.1€?0830.3€?00%=35.6%

三、電子守恒

在氧化-還原反應中，氧化劑得到的電子數(shù)，必等于還原劑所失去的電子數(shù)。因此，在化合價上表現(xiàn)為:化合價的升高和降低的總數(shù)相等。

例4:將50.00m10.098m01/L的羥氨(NH2OH)酸性溶液，與足量硫酸鐵在煮沸條件下反應，生成的Fe2+又恰好被49.00mL0.04m01/L的酸性KMnO4溶液所氧化。在上述反應中，羥氨的氧化產(chǎn)物為( )。

A.NO2 B.NOC.NO2D.N2

解析:羥氨被Fe3+氧化，F(xiàn)e2+又被酸性KMnO4溶液所氧化。歸根結底羥氨失去電子被KMnO4所得到。NH2OH中N為-1價，設羥氨的氧化產(chǎn)物中N為x價，由電子守恒法可得:

x-(-1)€?0.00mL€?.098mo1/L=(7-2)€?9.00m1€?.04mo1/L

x=1

故此題答案為C。

例5:n摩硫化亞銅跟足量稀HNO3反應，生成Cu(NO3)2、H2SO4、NO和H2O，則參加反應的HNO3中被還原的HNO3的物質的量為_____。

解析在該反應中Cu、S化合價均升高，1摩Cu2S將失去10摩電子，那么，n摩則失去10n摩電子，而1摩HNO3被還原到NO，得到3摩電子，在氧化還原反應中，得失電子數(shù)相等，則有10n=3x，x=10n/3，故還原的HNO3的物質的量為10n/3。

四、電荷守恒

離子的電荷是原子得失電子的標志，因此，電荷守恒是與電子守恒等價的。在電解溶液中，電解質電離出陰、陽離子，而溶液中呈電中性。顯然存在，電解質的陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于其陰離子所帶的負電荷總數(shù)。

例6:把0.02mo1/LHAc溶液和0.01mo1/1NaOH溶液等體積混合，則混合溶液中微粒濃度關系正確的是()。

A.c(Ac-)>c(Na+)

B.c(HAc)>c(Ac)

C.2c(H+)=c(Ac-)-c(Hac)

D.c(HAc)+c(Ac-)=0.01mo1/L

解析:此題實質上是0.05mo1/L的HAc溶液和0.00mol/L的NaAc溶液的混合溶液。

由電荷守恒關系可得:

c(H+)+c(Na+)=c(Ac-)+c(OH-)(1)

由物料守恒關系可得:

c(HAc)+c(Ac-)=c(Na+)€?(2)

c(HAc)+c(Ac-)=c(Na+)=0.05mil/L€?=0.01MOL/l

由(2)可知D正確。

將(1)€?+(2)可得:

2c(H+)=c(Ac-)+2c(OH=)=c(HAc)(3)

C選項錯誤。

例7 . 27.2g鐵粉和氧化鐵的混合物，放入500mL的稀H2SO4中，發(fā)現(xiàn)固體完全溶解，并放出4.48LF2(標況)。加入KSCN溶液，無顏色變化。然后向溶液中加入2mol/LNaOH溶液，當溶液呈中性時，消耗NaOH溶液500mL，求原H2SO4溶液的物質的量濃度。

解析:從題中敘述可知，至少涉及六個反應。用常規(guī)解題法非常麻煩;如果不考慮過程，而是抓住反應結果，最后的溶液只是Na2SO4溶液，根據(jù)電荷守恒，Na+所帶正電荷數(shù)一定等于SO2-4所帶負電荷數(shù)。又因為:Na+的物質的量即NaoH的物質的量，SO2-4的物質的量即H2SO4的物質的量，設H2SO4物質的量濃度為c(H2SO4)。

c(H2SO4)€?.5L€?=2mol/L€?.5L

c(H2SO4)=1mol/L

五、體積守恒

體積守恒主要是運用在有氣體參加的化學變化中，根據(jù)始態(tài)與終態(tài)體系中氣體的體積(一般始指同溫同壓的條件下)相等來快速地解決化學問題的方法。此守恒比較多地運用在有機物地燃燒反應中。

例10.CS2能在氧氣中燃燒生成CO2和SO2。將0.228 g CS2大448 mL(標況)O2中燃燒，將燃燒后混和氣體恢復到標準狀況，體積為( )

A.224 mLB.112 mLC.448 mLD.336 mL

分析:CS2在標準狀況下為液態(tài)，而O2、CO2、SO2為氣態(tài)。CS2燃燒方程式為CS2+3O2=CO2+2SO2由上式看出，反應前后氣體體積相等。無論O2是適量，過量或是量不足，反應后氣體體積都必等于起始給定的O2的體積。

解:體積是448 mL，答案為C。

參考文獻:

[1]侯濤，中學教與學天津師范大學，2006年第06期。

[2]楊立江，高中數(shù)理化，2004年第02期。

作者簡介:楊先芳(1978—)，女，湖北省大悟縣人，湖北省大悟縣楚才高中教師。

李小剛(1978—)，男，湖北省大悟縣人，湖北省大悟縣楚才高中教師。