守恒法讓化學(xué)高考計(jì)算快人一步

張永富

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內(nèi)，時間決定成敗.大多數(shù)考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據(jù)，尋找某種恒等關(guān)系解題的基本思路.其特點(diǎn)是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)方程式，提高解題速度和準(zhǔn)確度.同時守恒法的應(yīng)用也是歷年高考的重點(diǎn).守恒法解題的關(guān)鍵是尋找守恒關(guān)系，列代數(shù)方程式求未知數(shù).

一、質(zhì)量守恒法：其依據(jù)是化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變.

例1 某固體物質(zhì)X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現(xiàn)測得生成的混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為500 mL，質(zhì)量為0.51克，則X的摩爾質(zhì)量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質(zhì)量是指1 mol X所具有的質(zhì)量.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，500 mL氣體的物質(zhì)的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質(zhì)量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質(zhì)的量為2 mol，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和為7 mol，質(zhì)量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質(zhì)量守恒定律得，2 mol X質(zhì)量也為159.95 g，所以，X得摩爾質(zhì)量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項(xiàng)為B.

二、體積守恒法：其依據(jù)是某些化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應(yīng)，恢復(fù)到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應(yīng)的反應(yīng)式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強(qiáng)，無法判斷哪種物質(zhì)過量，這道題似乎無答案.但從反應(yīng)式可看出，該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，不管CS2是否完全反應(yīng)，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計(jì)算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據(jù)是某變化過程中原子數(shù)不變.

例3 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質(zhì)的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質(zhì)的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數(shù)據(jù)，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質(zhì)的量之差就等于乙炔的物質(zhì)的量.所以，乙炔的物質(zhì)的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據(jù)是在化學(xué)變化中，某離子的物質(zhì)的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當(dāng)Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質(zhì)只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因?yàn)閚（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據(jù)是氧化反應(yīng)過程中，氧化劑得到的電子數(shù)等于還原劑失去的電子數(shù).

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應(yīng)，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復(fù)雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關(guān)系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數(shù)等于氧氣得到的電子總數(shù).

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據(jù)是化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應(yīng)中硝酸被還原只產(chǎn)生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），在反應(yīng)后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質(zhì)量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質(zhì)量等于合金的質(zhì)量加上倆金屬離子所結(jié)合的OH-的質(zhì)量.將N2O4折算成NO2，相當(dāng)于共生成二氧化氮?dú)怏w0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質(zhì)量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據(jù)是化學(xué)變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質(zhì)量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+.則該氧化物的化學(xué)式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應(yīng)過程較復(fù)雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結(jié)合生成水；鐵元素則全部轉(zhuǎn)化為Fe3+，和全部氯原子結(jié)合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項(xiàng)為D.

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內(nèi)，時間決定成敗.大多數(shù)考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據(jù)，尋找某種恒等關(guān)系解題的基本思路.其特點(diǎn)是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)方程式，提高解題速度和準(zhǔn)確度.同時守恒法的應(yīng)用也是歷年高考的重點(diǎn).守恒法解題的關(guān)鍵是尋找守恒關(guān)系，列代數(shù)方程式求未知數(shù).

一、質(zhì)量守恒法：其依據(jù)是化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變.

例1 某固體物質(zhì)X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現(xiàn)測得生成的混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為500 mL，質(zhì)量為0.51克，則X的摩爾質(zhì)量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質(zhì)量是指1 mol X所具有的質(zhì)量.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，500 mL氣體的物質(zhì)的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質(zhì)量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質(zhì)的量為2 mol，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和為7 mol，質(zhì)量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質(zhì)量守恒定律得，2 mol X質(zhì)量也為159.95 g，所以，X得摩爾質(zhì)量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項(xiàng)為B.

二、體積守恒法：其依據(jù)是某些化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應(yīng)，恢復(fù)到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應(yīng)的反應(yīng)式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強(qiáng)，無法判斷哪種物質(zhì)過量，這道題似乎無答案.但從反應(yīng)式可看出，該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，不管CS2是否完全反應(yīng)，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計(jì)算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據(jù)是某變化過程中原子數(shù)不變.

例3 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質(zhì)的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質(zhì)的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數(shù)據(jù)，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質(zhì)的量之差就等于乙炔的物質(zhì)的量.所以，乙炔的物質(zhì)的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據(jù)是在化學(xué)變化中，某離子的物質(zhì)的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當(dāng)Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質(zhì)只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因?yàn)閚（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據(jù)是氧化反應(yīng)過程中，氧化劑得到的電子數(shù)等于還原劑失去的電子數(shù).

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應(yīng)，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復(fù)雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關(guān)系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數(shù)等于氧氣得到的電子總數(shù).

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據(jù)是化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應(yīng)中硝酸被還原只產(chǎn)生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），在反應(yīng)后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質(zhì)量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質(zhì)量等于合金的質(zhì)量加上倆金屬離子所結(jié)合的OH-的質(zhì)量.將N2O4折算成NO2，相當(dāng)于共生成二氧化氮?dú)怏w0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質(zhì)量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據(jù)是化學(xué)變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質(zhì)量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+.則該氧化物的化學(xué)式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應(yīng)過程較復(fù)雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結(jié)合生成水；鐵元素則全部轉(zhuǎn)化為Fe3+，和全部氯原子結(jié)合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項(xiàng)為D.

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內(nèi)，時間決定成敗.大多數(shù)考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據(jù)，尋找某種恒等關(guān)系解題的基本思路.其特點(diǎn)是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)方程式，提高解題速度和準(zhǔn)確度.同時守恒法的應(yīng)用也是歷年高考的重點(diǎn).守恒法解題的關(guān)鍵是尋找守恒關(guān)系，列代數(shù)方程式求未知數(shù).

一、質(zhì)量守恒法：其依據(jù)是化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變.

例1 某固體物質(zhì)X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現(xiàn)測得生成的混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為500 mL，質(zhì)量為0.51克，則X的摩爾質(zhì)量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質(zhì)量是指1 mol X所具有的質(zhì)量.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，500 mL氣體的物質(zhì)的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質(zhì)量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質(zhì)的量為2 mol，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和為7 mol，質(zhì)量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質(zhì)量守恒定律得，2 mol X質(zhì)量也為159.95 g，所以，X得摩爾質(zhì)量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項(xiàng)為B.

二、體積守恒法：其依據(jù)是某些化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應(yīng)，恢復(fù)到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應(yīng)的反應(yīng)式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強(qiáng)，無法判斷哪種物質(zhì)過量，這道題似乎無答案.但從反應(yīng)式可看出，該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，不管CS2是否完全反應(yīng)，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計(jì)算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據(jù)是某變化過程中原子數(shù)不變.

例3 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質(zhì)的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質(zhì)的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數(shù)據(jù)，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質(zhì)的量之差就等于乙炔的物質(zhì)的量.所以，乙炔的物質(zhì)的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據(jù)是在化學(xué)變化中，某離子的物質(zhì)的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當(dāng)Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質(zhì)只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因?yàn)閚（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據(jù)是氧化反應(yīng)過程中，氧化劑得到的電子數(shù)等于還原劑失去的電子數(shù).

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應(yīng)，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復(fù)雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關(guān)系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數(shù)等于氧氣得到的電子總數(shù).

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據(jù)是化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應(yīng)中硝酸被還原只產(chǎn)生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），在反應(yīng)后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質(zhì)量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質(zhì)量等于合金的質(zhì)量加上倆金屬離子所結(jié)合的OH-的質(zhì)量.將N2O4折算成NO2，相當(dāng)于共生成二氧化氮?dú)怏w0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價代數(shù)和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質(zhì)量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據(jù)是化學(xué)變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質(zhì)量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+.則該氧化物的化學(xué)式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應(yīng)過程較復(fù)雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結(jié)合生成水；鐵元素則全部轉(zhuǎn)化為Fe3+，和全部氯原子結(jié)合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項(xiàng)為D.