活用守恒關系 七解化學問題

田禮華

守恒關系在自然學科中有著多種形式，而中學化學面，主要包括質量守恒、能量守恒和電荷守恒等三大守恒體系.搞清它們的守恒關系及應用范圍和方法，對于系統地理解、掌握相關的化學知識和解答化學習題都有一定的幫助.活用守恒關系，在化學解題中可以起到事半功倍的效果.

一、質量守恒關系

在解題時衍生為質量守恒；同一元素的微粒數守恒，稱原子或離子守恒.

1.質量守恒

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，這個規律就是質量守恒定律.依據該定律，經常采用以下等量關系：反應物的質量之和等于產物的質量之和，反應物減少的總質量等于產物增加的總質量.

例1質量為ag的丁烷，在高溫下按以下兩種方式發生了裂化：①C4H10C2H6+C2H4，②C4H10CH4+C3H6.求其完全裂化后，所得混合氣體對氫氣的相對密度為（）.

A.29 B.14.5 C.7 D.無法確定

解析：根據質量守恒定律，無論按①還是②丁烷裂化，1摩爾丁烷只能裂化為兩摩爾的混合氣體，故兩摩爾的混合氣體的質量和1摩爾的丁烷的質量相等，因此丁烷裂化后生成的混合氣體的平均摩爾質量為58/2=29g/mol，所以混合氣體相對于氫氣的密度為29/2=14.5.答案為B.題中所給的丁烷的質量ag是一個干擾條件.

2.同一元素的微粒數守恒

質量守恒的實質是在化學反應過程中原子重新組合的過程，因此在反應過程中某種元素的原子在反應前后保持原子的質量守恒，即原子的物質的量守恒.

例2用1L1.0mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中的CO2-3和HCO-3的物質的量濃度之比是（）.

A.1∶3B.2∶1C.2∶3D.3∶2

解析：設反應生成的Na2CO3的物質的量為xmol，生成的NaHCO3的物質的量為ymol，根據Na+守恒可得：2x+y=1.0mol/L×1L；根據C原子守恒可得：x+y=0.8mol，聯立兩個方程式可求出x=0.2mol，y=0.6mol，則CO2-3、HCO-3 物質的量濃度之比為1∶3 .答案為A .

二、電荷守恒關系

在解題時又衍生為電子守恒，電荷守恒.

1.電子守恒

在氧化還原反應中，氧化劑得電子總數必等于還原劑所失去的電子總數.

例324ml濃度為0.05mol/L的Na2SO3溶液，恰好與20ml濃度為0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反應，則元素Cr在被還原的產物中的化合價是（）.

A.+6B.+3C.+2D.0

解析：Na2SO3的物質的量=24×10-3L×0.05mol/L=1.2×10-3mol，K2Cr2O7的物質的量=20×10-3L×0.02mol/L=0.4×10-3mol，Na2SO3和K2Cr2O7的物質的量之比為3∶1.Na2SO3中的S原子失電子被氧化，化合價從+4價升高到+6價，失電子總數為：3×（6-4）；K2Cr2O7中的Cr原子得電子被還原，得電子總數為：2×（6-x）；根據電子守恒：3×（6-4）=2×（6-x），解得x=3.答案為B.

2.電荷守恒

離子的電荷是原子得失電子的標志，因此，電荷守恒與電子守恒是等價的.在電解質溶液中，電解質電離的陰、陽離子所帶正、負電荷總數相等.陰離子的物質的量×陰離子的電荷數=陽離子的物質的量×陽離子的電荷數.

例4將Fe和Fe2O3的混合物2.27克，加入到50ml1.6mol/L的鹽酸中，恰好能完全溶解，所得溶液經KSCN檢驗，溶液不顯紅色，若忽略溶液體積變化，所得溶液中Fe2+的物質的量濃度是（）.

A.0.3mol/LB.04mol/LC.0.8mol/LD.1.6mol/L

解析：溶液中陽離子只有Fe2+（不考慮水的電離，且為加入KSCN溶液前），陰離子只有Cl-.由電荷守恒得：Fe2+的物質的量×2= Cl-的物質的量×1，又因為同一溶液中，溶液體積相同，則[Fe2+]=1/2×1.6mol/L，故答案為C.

此題用常規方法解題需寫出三個方程式，列二元一次方程組，非常耗時，難于計算.

三、能量守恒關系

在中學階段運用能量守恒進行定量計算的較少，常見的是熱化學方程式這種關系進行有關反應物、生成物的量及反應熱的簡單計算.計算不難，不再舉例.

總之，在化學教學中，運用三大守恒體系所衍生出來的守恒關系來解決化學問題，可使解題方法簡單且步驟簡化，從而收到事半功倍的效果.