巧用始末分析法 復雜問題簡單化

陜西 趙 維

(作者單位：陜西省渭南高級中學)

巧用始末分析法 復雜問題簡單化

在研究化學反應時，我們經常會見到多步反應。這類反應的一大特點就是分步反應中某一步的某些產物又作為另一反應的反應物參與下一步反應。傳統(tǒng)的解方是一步一步分析，分割計算直至得出最終結果。但由于此類題目一般給出的量比較少，且多給起始量和終了量，中間分步反應的多個量可能需要大量數學運算才能獲得，如果分析不到位或者不細心，很有可能出現少算、多算和漏算的情況，最終導致做了大量的分析計算，卻得到了錯誤的結果，這會大大削弱學生學習的信心。對于此類題，如果我們能換個思路，既然分步分析復雜且效果不好，那我們就采取整體分析法，從反應的起始和終了狀態(tài)來把握整個反應，運用守恒思想來處理。采用“始末分析法”，就可以把多步反應的復雜問題變得簡單，使此類問題得到快速而準確地解決。

【高考速遞】

(2016天津，7節(jié)選)銅與一定濃度的硝酸和硫酸的混合酸反應，生成的鹽只有硫酸銅，同時生成的兩種氣體均由上表中兩種元素組成(已推知為N、O)，氣體的相對分子質量都小于50。為防止污染，將產生的氣體完全轉化為最高價含氧酸鹽，消耗1 L 2.2 mol/L NaOH溶液和1 mol O2，則兩種氣體的分子式及物質的量分別為 ________ ，生成的硫酸銅物質的量為________。

答案： NO 0.9 mol，NO21.3 mol； 2 mol

始末分析法解析：生成氣體的相對分子質量小于50，可知生成的兩種氣體只能是NO和NO2， 設二者的物質的量分別為xmol和ymol，由質量守恒和電荷守恒可知：x+y=2.2 mol/L×1 L，由得失電子相等可知，3x+y=1×4，解得：x=0.9 mol，y=1.3 mol。生成硫酸銅的物質的量可采用始末分析法求解，n(Cu)×2=n(O2)×4，n(CuSO4)=n(Cu)=2 mol。

題型一：運用電子守恒的始末分析法

( )

A.1.6 g___________B.3.2 g___________C.6.4 g___________D.12.8 g

解析：本題反應過程如下：

答案：C

典例2：取amol KMnO4固體加熱一段時間后，收集到bmol單質氣體M。在反應的殘留固體中加入過量的濃鹽酸加熱充分反應，又收集到cmol單質氣體N，Mn元素全部以Mn2+形式存在于反應后的溶液中，則b=___________ 。

解析：本題若分步解決，則涉及多個反應方程式，且量的關系均以字母形式表示，在分步解決過程中還應討論字母的關系，過于麻煩。但通過分析我們可知：單個氧化還原反應得失電子相等，總反應過程得失電子也相等。因此，我們采用始末分析法，找始態(tài)和終態(tài)，用得失電子相等計算，省略中間過程，簡化計算。

這些問題我們是解答不了的，因為除了按書本章節(jié)背了一些理論外，其他就不甚了了。巴克夏被問得支支吾吾，滿頭冒汗，求援似的望著我。我靈機一動，連忙遮掩：“大家問的都是關于農作物的疾病與蟲害部分，將來會講到的，現在暫不涉及——”

答案：b=1.25a-0.5c

【規(guī)律方法】典例1,2均是反應過程中發(fā)生多個氧化還原反應，分步分析，寫方程式，分割求解均難以操作或很煩瑣，對解題造成很大不便。但若能分析反應前后的始態(tài)和終態(tài)，根據始末狀態(tài)物質化合價的變化，對整個反應過程運用得失電子相等列式，解題思路清晰明了，解題步驟少易操作，且耗時少但準確率高，收獲的是事半功倍的效果。

題型二：運用質量守恒和電荷守恒的始末分析法

典例3：向一定量的Fe、FeO、Fe2O3混合物中加入1 mol·L-1的鹽酸100 mL，恰好使混合物完全溶解，放出 0.01 mol 氣體，向所得的溶液中加入硫氰化鉀，無血紅色出現，若用足量的氫氣在加熱條件下還原相同質量的混合物，能得到鐵的質量為

( )

A.2.8 g___________B.5.6 g___________C.11.2 g___________D.22.4 g

如果直接按照反應步驟，分步求解混合物中各成分的含量，進而根據方程式求解被H2還原得到的Fe的質量，顯然分析與計算量很大。觀察反應流程可發(fā)現：起始混合物中所有的Fe元素最終都轉移到了終態(tài)產物FeCl2溶液中，HCl中的Cl元素也全部轉移到了FeCl2溶液中，這即是質量守恒思想，然后再結合電荷守恒2n(Fe2+)=n(Cl-)可得，n(鐵元素)=0.5n(Cl-)=0.5n(HCl)=0.5c(HCl)·V(HCl)=0.5×1 mol·L-1×0.1 L=0.05 mol，所以還原得到的Fe的質量為m(Fe)=0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。

答案：A

典例4：一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入200 mL 2 mol·L-1的HNO3中，固體完全溶解后，生成0.1 mol NO(HNO3還原產物僅此一種)。再向反應后的溶液中加入1 mol·L-1的NaOH溶液，要使鐵元素完全沉淀下來，加入NaOH溶液的體積最少是

( )

A.250 mL___________B.300 mL___________C.450 mL___________D.500 mL

答案：B

典例5：現有19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3組成的混合物，將它完全溶解在540 mL 2.00 mol·L-1的H2SO4溶液中，收集到標準狀況下的氣體8.96 L。已知混合物中，Fe、FeO、Al、Al2O3的質量分數分別為0.284、0.183、0.274和0.259。欲使溶液中的金屬陽離子完全轉化為氫氧化物沉淀，至少應加入2.70 mol·L-1的NaOH溶液體積是___________ 。

答案：800 mL

【規(guī)律方法】典例3，4，5均是在分析多步反應始態(tài)和終態(tài)的基礎上應用質量守恒和電荷守恒來處理問題。任何化學反應都滿足質量守恒定律，因此，質量守恒法是化學定量計算中必須高度重視的一種解題方法。在此基礎上，我們再輔助電荷守恒關系，抓住反應過程中的不變量來列式求解，可以快速解決一些復雜的運算。

【總結】“始末分析法”實質就是守恒法。靈活運用質量守恒、得失電子相等以及電荷守恒去解決一些多步反應所涉及的計算問題，不僅可以避開復雜的反應過程，抓住問題核心直接分析，更重要的是可以將復雜問題簡單處理，化難為易，化繁為簡，提高解題效率。

綜合訓練

1.足量銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO 的混合氣體，這些氣體與aL O2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入bmol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積為___________ L(用a、b表示)。

2.ag Cu-Mg合金溶解在一定量的某濃度的稀HNO3中，收集到標準狀況下bL NO氣體(設HNO3還原產物只有NO)，向反應后溶液中加入足量NaOH溶液，計算沉淀質量為___________ g(用a、b表示)。

答案及解析

(作者單位：陜西省渭南高級中學)