守恒法及其應(yīng)用

李建中

【摘要】 在本文中，筆者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就化學(xué)中的質(zhì)量守恒、元素守恒、電荷守恒等守恒法的應(yīng)用作了一些探究。

【關(guān)鍵詞】 化學(xué)反應(yīng) 守 恒 法 應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2016）03-005-01

一、化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒

化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的質(zhì)量和與生成物的質(zhì)量和相等，即物質(zhì)“不滅”。這就是質(zhì)量守恒。利用它可以簡(jiǎn)化相關(guān)化學(xué)計(jì)算。

例1. 現(xiàn)有一塊鋁鐵合金，為測(cè)定鋁的含量，做了如下實(shí)驗(yàn)：切一小塊合金，將其溶于鹽酸，然后加入足量的NaOH溶液，待溶液中的沉淀全部轉(zhuǎn)化為紅褐色時(shí)，過(guò)濾沉淀物并在空氣中灼燒，最后所得紅棕色粉末的質(zhì)量恰好跟原來(lái)合金試樣的質(zhì)量相等，則合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 。

【解析】：合金中鐵元素的質(zhì)量無(wú)損失地全部進(jìn)入了Fe2O3中，且Fe2O3的質(zhì)量恰好等于原鐵鋁合金的質(zhì)量。依質(zhì)量守恒可知鐵鋁合金中鋁的質(zhì)量一定等于Fe2O3中氧的質(zhì)量，即鐵鋁合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定等于Fe2O3中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這樣就將問(wèn)題直接轉(zhuǎn)化為求Fe2O3中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)了，使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。（O）==30%. 答案：30%.

二、化學(xué)反應(yīng)中的元素守恒

化學(xué)反應(yīng)中各種元素的原子個(gè)數(shù)前后是不變，稱為元素守恒，這也是質(zhì)量守恒的根本所在。

例2. 碳酸銅和堿式碳酸銅Cu2（OH）2CO3均可溶于HCl，轉(zhuǎn)化為氯化銅；在高溫下這兩種化合物均可分解生成氧化銅。溶解28.4g的上述混合物，消耗1.0mol/L的HCl500ml.則灼燒等量的上述混合物得到的氧化銅是：（ ）

A. 35g B. 30g C. 20g D. 15g

【解析】：此題涉及的反應(yīng)較多，但抓住實(shí)質(zhì)利用銅原子守恒和氯原子守恒則很容易解答。

n（CuO）==n（CuCl2）===×n（HCl） ===×1.0mol/L×0.5L===0.25

mol

m（CuO）==80g/mol×0.25mol===20g

答案：C

三、氧化還原反應(yīng)的得失電子守恒

氧化還原反應(yīng)中氧化劑得到的電子總數(shù)等于還原劑失去的電子總數(shù)，即得失電子守恒。

例3. 在裝有一定量銅片的試管中加入一定量18mol/L的濃H2SO4，加熱使之反應(yīng)，待銅片全部溶解，冷卻稀釋到100ml，再加入足量的鋅粉，使之充分反應(yīng)，收集到2.24L氫氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。過(guò)濾殘留固體干燥后稱量，質(zhì)量減輕了6.54g。計(jì)算被銅還原的硫酸的物質(zhì)的量。

【解析】：分析反應(yīng)過(guò)程，發(fā)生的反應(yīng)依次有：

①Cu + 2H2SO4（濃） ====CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

②Zn + CuSO4 ===ZnSO4 + Cu

③ Zn + H2SO4 ==== ZnSO4 + H2↑

注意：Cu2+ 的氧化性>H+ ，所以有：

2n（Zn） = 2n（H2） + 2n（Cu）……得失電子守恒

65n（Zn）-64 n（Cu） = 6.54g……質(zhì)量守恒

解得n（Cu）= 0.04mol

由①知：n（被還原的H2SO4）= n（Cu）= 0.04mol

答案： 0.04mol

四、電荷守恒

電荷守恒是指電解質(zhì)溶液中的正電荷總數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)，溶液呈電中性；或離子化合物中陽(yáng)離子所帶正電荷的總數(shù)和陰離子所帶負(fù)電荷的總數(shù)相等，該離子化合物呈電中性。

例4. （06全國(guó)理綜I 13）由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液，其pH=1，c（Al3+）=0.4mol·L-1，c（SO42-）=0.8mol·L-1，則c（K+）為：（ ）

A.0.15 mol·L-1 B.0.2 mol·L-1

C.0.3 mol·L-1 D.0.4 mol·L-1

【解析】：溶液中的正電荷數(shù)為：c（H+） + 3c（Al3+） + c（K+）

溶液中的負(fù)電荷數(shù)為：2c（SO42-）

由溶液中電荷守恒得：c（H+） + 3c（Al3+） + c（K+） ==2c（SO42-）

解得：c（K+）===0.3 mol·L-1

五、物料守恒

物料守恒是指電解質(zhì)溶液中某一組分的原始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和。它實(shí)際上是元素守恒。

例5. 0.1mol·L-1NaHCO3溶液中有關(guān)離子濃度的關(guān)系，正確的是：（ ）

A. c（Na+）c（HCO3-）c（CO32-）c（H+）c（OH-）

B. c（Na+）c（H+）=c（HCO3-）c（CO32-）c（OH-）

C. c（Na+）c（H+）=c（HCO3-）c（CO32-）c（OH-）

D. c（Na+）= c（HCO3-）c（CO32-）c（H2CO3）

【解析】：依據(jù)HCO3-水解大于電離可得，溶液中c（OH-）c（H+），c（OH-） c（CO32-），故A錯(cuò)誤；剩余選項(xiàng)是考查電荷守恒和物料守恒的，不難看出B錯(cuò)誤，C、D正確。

答案：C、D

【遷移訓(xùn)練】

1. 2.1g鎂鋁合金完投入到200ml5mol/L的鹽酸中，生成氫氣2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），再向溶液中加入氫氧化鈉溶液，要使生成沉淀的質(zhì)量最大，需加入2mol/L的NaOH溶液最多 mL，沉淀最大值是 g.（500；5.5）

2. 往100ml1.0mol/L的AlCl3溶液中加入一定量1.0mol/L的NaOH溶液，得到3.9g白色沉淀則所加NaOH溶液的體積可能是（ ）. ①150ml ②200ml ③300ml ④350mol

A.① B.②③ C.①④ D.①③ （C）

3. （2004年全國(guó)卷） Cu2S與一定濃度的HNO3反應(yīng)，生成Cu（NO3）2、CuSO4、NO2、NO和H2O，當(dāng)NO2和NO的物質(zhì)的量之比為1：1時(shí)，參加反應(yīng)的Cu2S與HNO3的物質(zhì)的量之比為：（ ）

A.1：7 B.1：9 C.1：5 D.2：9 （A）

4.（2001年全國(guó)卷）在無(wú)土栽培中需配制一定量含有50molNH4Cl、16molKCl和24molK2SO4的營(yíng)養(yǎng)液。若用KCl、NH4Cl和（NH4）2SO4三種固體為原料來(lái)配制，三者的物質(zhì)的量依次是（單位為mol）：（ ）

A.2 64 24 B.64 2 24 C.32 50 12 D.16 50 24 （B）

5、1.92g銅和一定量的濃硝酸反應(yīng)，隨著銅不斷減少，反應(yīng)生成的氣體顏色逐漸變淺，當(dāng)銅反應(yīng)完畢時(shí)，共收集到氣體1.12L（標(biāo)況）。求反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量。（0.11mol）

6、將3.20g銅跟30.0ml10.0mol/L的硝酸充分反應(yīng)，還原產(chǎn)物有NO和NO2 。若反應(yīng)后溶液中有a molH+，則此時(shí)溶液中含NO3—的物質(zhì)的量為 mol。（0.1+a）

7、將一定質(zhì)量的Na2CO3和NaHCO3的混合物加熱至恒重，將放出的氣體通入足量澄清石灰水中，充分反應(yīng)后得到1.00g沉淀。加熱后剩余的固體全部投入50mL2mol/L的稀鹽酸中，恰好完全反應(yīng)，生成NaCl溶液。求原混合物中各組分的質(zhì)量。（NaHCO3：1.68g ，Na2CO3：4.24g）

8、向KI溶液中加入AgNO3溶液，直到反應(yīng)完全為止，所得溶液質(zhì)量恰好等于原KI溶液質(zhì)量，則AgNO3溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？（72.3℅）

9、24ml濃度為0.05mol·l-1的Na2SO3溶液恰好被20ml濃度為0.02mol·l-1的K2Cr2O7溶液所氧化，則鉻元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為：

A.+2 B.+3 C.+4 D.+5 （B）

10、a g鐵粉與含有硫酸的硫酸銅溶液完全反應(yīng)，得到后a g銅，則參與反應(yīng)的CuSO4與H2SO4的物質(zhì)的量之比為：

A、1：7 B、7：1 C、7：8 D、8：7 （B）

11、足量銅與一定量的濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與1.68LO2（標(biāo)況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成HNO3。若向所得硝酸銅溶液中加入一定濃度的NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液60ml，則NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為 mol·l-1。（5）

12、3.88g銅和一定質(zhì)量的濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅反應(yīng)完時(shí)，共收集到標(biāo)況下2.24L氣體。若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在水槽中，需通入多少升標(biāo)況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？（0.672L）

13、10g鐵-鎂合金溶解在一定量的某濃度的稀硝酸中，當(dāng)金屬完全反應(yīng)后共收集到標(biāo)況下4.48LNO氣體（設(shè)HNO3的還原產(chǎn)物只有NO）。在反應(yīng)后的溶液中加入足量的NaOH溶液，可得多少克沉淀？（20.2g）