守恒法在化學計算中的應用

【摘 要】守恒法是根據化學問題中某化學量守恒的原則來解化學題的一種解題方法。這個恒量可以是質量，也可以是物質的量、體積、電荷、電子轉移數、能量等。在化學計算中靈活應用守恒法，不僅能簡化解題過程，而且能加深對某些化學原理內涵的理解。

【關鍵詞】高中化學 守恒法

在進行解題時，如何選擇并應用上述方法對于正確快速地解答題目十分關鍵。首先必須明確每一種守恒法的特點，然后挖掘題目中存在的守恒關系，最后巧妙地選取方法，正確地解答題目。如：在溶液中存在著離子的電荷守恒和物料守恒。因此涉及溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質的量或物質的量濃度等問題可考慮電荷守恒法、物料守恒法。在氧化還原反應中存在著得失電子守恒。因此涉及氧化還原反應中氧化劑、還原劑得失電子及反應前后化合價等問題可考慮電子守恒法。在某些復雜多步的化學反應中，某些元素的質量或濃度等沒有發生變化。因此涉及多步復雜的化學過程的問題可考慮元素守恒法。在一個具體的化學反應中，由于反應前后質量不變，因此涉及與質量有關的問題可考慮質量守恒法等等。

一、元素守恒

即化學反應前后各元素的種類不變，各元素的原子個數不變，其物質的量、質量也不變。元素守恒包括原子守恒和離子守恒：原子守恒是依據反應前后原子的種類及個數都不變的原理進行推導或計算的方法。離子守恒是依據反應（非氧化還原反應）前后離子數目不變的原理進行推導和計算。用這種方法計算不需要化學反應式；只需要找到起始和終止反應時離子的對應關系，即可通過簡單的守恒關系，計算出所需結果。

例1：38.4g銅跟適量的濃硝酸反應，銅全部反應后，共收集到22.4L（標況），則反應消耗硝酸的物質的量可能為（ ）

A. 1.0mol B.1.6mol C.2.2mol D.2.4mol

分析：此題的隱含條件是隨著銅和濃硝酸反應，硝酸越來越稀，因變價而產生的氣體有NO2和NO，其物質的量共為1mol，未變價的NO3-與Cu2+結合成Cu（NO3）2，根據氮原子守恒有：n（H NO3）=2n（Cu）+n（NO2）+n（NO）

==2.2mol。故答案：C

元素守恒法應用時往往有明顯的字眼，如“剛好” “恰好” “完全”等，而列關系式，抓住終態物質與起始物質原子個數的關系是列元素守恒式的關鍵。

二、得失電子守恒

在氧化還原反應中，氧化劑得電子總數等于還原劑失電子總數。

例2：將14g銅銀合金與足量的HNO3反應，放出的氣體與標準狀況下體積為1.12L的O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，則合金中銅的質量為（ ）

A. 3.2g B. 4.8g C. 6.4g D. 10.8g

分析：據得失電子守恒可知，14g銅銀合金失去的電子數與1.12L O2得到電子數相等。則有

，

所以m（Cu）=3.2g。

答案：A

可見，運用電子守恒，從本質上找準計算關系，是一種實用的解題技巧。

三、電荷守恒

在離子化合物或電解質溶液中，陰離子所帶負電荷總數和陽離子所帶正電荷總數相等，離子化合物本身或電解質溶液不顯電性。依據這一原理進行分析和計算的方法叫電荷守恒。

例3：將KCl和KBr的混合物13.4g溶于水配成與500ML溶液，通入過量的Cl2，反應后將溶液蒸干，得固體11.175g，則原溶液中K+、Cl-、Br-的物質的量之比為（ ）

A. 3:2:1 B. 1:2:3 C. 1:3:2 D. 2:3:1

分析:此題的解法有多種，但作為選擇題，可以從答案中求解.原溶液中含有K、Cl、Br，由電荷守恒可知n (K+ )= n (Cl-)+n (Br-)，選項中符合這一關系式的只有A項。答案： A

四、化合價升降相等

在氧化還原反應中，還原劑中元素化合價升高總數等于氧化劑中元素化合價降低總數。

例4：鋅與硝酸反應，若有1mol硝酸參加反應，就有0.8mol電子發生轉移，此時硝酸的還原產物中氮元素的化合價為 。

解析：可知每10mol HNO3轉移8mole-需4molZn參加反應。①若NO3-只與Zn2+結合，根據化合價升降總數相等則有4×（2-0）=2×（5-n），n=+1。②若2mol NO3-中只有1mol NO3-被還原，則有4×（2-0）=1×（5-n），n=-3。故其化合價可為+1，-3。

例5：某單質跟濃硝酸反應時，每有0.1mol單質反應，就消耗0.4mol HNO3，若HNO3的還原產物為NO2，則該單質氧化后元素的化合價可能為( )

A. +1 B. +2 C. +3 D. +4

解析:可知每1mol單質消耗4mol濃HNO3還原產物為NO2，設單質元素氧化后的化合價為n，根據化合價升降關系有①若為金屬單質：1×n=(4-n)×(5-4)，n=+2；②若為非金屬：1×n=4×(5-4)，n=+4，故選B、D。

五、質量守恒

化學反應前后反應物的總質量與生成物的總質量相等，它是化學反應定量化的基礎。

例6：某固體A在一定條件下加熱分解產物全是氣體，A分解反應為2AB+C+3D，現測得分解產生的混合氣體是氫氣密度的d倍，則A的相對分子質量為（ ）

A.2d B.2.5d C. 5d D.0.8d

解析：根據阿伏加德羅定律=2d，設A的相對分子質量為A. 根據質量守恒定律2A=5×2d，A=5d，故選C。

六、體積守恒

對于有氣體參與的化學反應，如果反應前后氣體的物質的量不變，條件不變，則反應前后氣體體積相等，即體積守恒。此法多用于有機物的燃燒和化學平衡等有關計算。

例7：在常壓120℃時，1體積某氣態烴和4體積O2混合，完全燃燒后恢復到原來的溫度和壓強，體積不變，則該烴不可能是（ ）

A. C2H6 B. H4 C. C3H4 D. CH4

解析：設該烴為CxHy，CxHy+（x+）O2xCO2+ H2O，水為氣態，則有1+x+=x+y=4，即分子中所含氫原子個數為4的烴均可能。故選A

由此可見：靈活運用守恒法解決化學計算問題，可使問題化繁為簡，由難變易，就能迅速、準確做出解答。既減輕了學生負擔，又培養了學生思維能力，起到事半功倍的效果。