守恒規律在化學解題中的應用

摘要：化學計算題一直是困擾高中學生的一大難題，在考試中，一旦遇到計算題，很多學生會出現膽怯心理，正常的思路很容易被打亂，影響學生的正常發揮。其實，只要我們對經常出現的計算題類型進行分析，就會發現，很多計算題的解決是有技巧的，其中利用最多的就是守恒規律。守恒規律之所以應用廣泛，原因是其使用時不需要糾纏于細枝末節，重點關注始態和終態，尋找從始態到終態過程中存在的守恒關系和有用的信息，進而建立簡單的等量關系，大大減少了解題的冗余步驟，提高了做題的準確率。

關鍵詞：質量守恒；電子轉移；量守恒

守恒規律主要有以下幾種：質量、原子（原子團）、物質的量、電子轉移、電荷守恒。我們分別予以舉例證明：

一、 質量守恒

化學反應從宏觀的角度來考察：參加反應的物質總量和生成物的總量是恒等的。

例1由Na2S、Na2SO3、Na2SO4組成的混合物中，測得氧元素為22%，則其中含硫元素約為（）

A. 32%B. 46%

C. 78%D. 無法確定

解析：混合物中不管以任何比例混合，Na和S的原子個數之比總是2∶1，所以質量比為23∶16。因為氧的質量分數為22%，所以Na和S的總的質量分數為78%，可以求出硫的質量分數為32%。

例2把7.4gNa2CO3·10H2O和NaHCO3組成的混合物溶于水，配成100 mL溶液，其中Na+的物質的量濃度為0.6 mol/L；若把等質量的混合物加熱到恒重時，殘留物的質量是。

解析：分析題意可知，最后剩余物質只有Na2CO3且Na+的物質的量為0.06 mol，由Na+守恒可求出Na2CO3的質量為3.18g。

二、 原子守恒

其本質仍然是質量守恒定律，只不過是從微觀上來，可以理解為“在一切化學反應中，反應前后原子的種類、數目、原子質量前后沒有變化”。

例3已知有反應2NO+O22NO2，今在體積為VL的密閉容器中通a mol NO和b mol O2。反應后的容器中氮原子和氧原子個數之比是（）

A. a/bB. a/2bC. a/（a+2b）D. a/（2a+2b）

解析：由于該反應在密閉容器中進行，氮原子和氧原子的數目始終不變，可由初始狀態求出氮原子和氧原子個數之比為a/（a+2b）。

例4某溫度下，1L密閉容器中加入1 mol N2和3 mol H2，使反應N2+3H22NH3達到平衡。測得平衡混合物中N2、H2、NH3的物質的量分別為M、N、Q。如果溫度不變，只改變初始物質的加入量，而要求M、N、Q維持不變，則N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示時，應滿足條件：

（1） 若x=0，y=0，則z=。

（2） 若x=0.75 mol，則y=，z=。

（3） x、y、z應滿足的一般條件是（用含x、y、z的方程式表示）。

解析：此題為等效平衡的題目，一般采用極限轉化法求解。如果從原子守恒的角度考慮，該題也比較容易解決。由題意得，容器內加入物質應始終含有2 mol N原子和6 mol H原子。

若x=0，y=0，則N、H原子全部存在于NH3中，求出z=2 mol；

若x=0.75 mol時：

由N原子守恒得：z=2 mol-0.75 mol×2=0.5 mol

由H原子守恒得：y=6 mol-3×0.5 mol2=2.25 mol

（3） 由N原子守恒得：2x+z=2，由H原子守恒得：2x+3z=6。

三、 物質的量守恒

例5向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中，加入100 mL 1 mol/L的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL（標準狀況下）的氣體。所得溶液中加入KSCN溶液無血紅色出現，混合物中鐵元素的質量分數為（）

A. 68.6%B. 77.8%C. 81.4%D. 無法計算

解析：該題乍看起來好像條件不足，仔細分析會發現可以由守恒規律求解。分析題意得，混合物由鐵和氧兩種元素組成，且所得溶液溶質只有FeCl2。由Cl-守恒得到，n（FeCl2）=0.05 mol，求出鐵的質量為2.8 g。再分析混合物中氧的最終產物是H2O，由氫元素守恒可以求出n（H2O）=0.04 mol，進而求出氧的質量為0.64 g。最后算出鐵元素的質量分數為81.4%。

四、 電子轉移守恒

氧化還原反應是高中化學學習的主要線索，在氧化還原反應中，氧化劑和還原劑得失電子的數目是相等的，電子守恒在氧化還原反應中的應用為高考的熱點問題。

例624 mL濃度為0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液恰好與20 mL濃度為0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反應，已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化為Na2SO4，則元素Cr在還原產物中的化合價為（）

A. +2B. +3C. +4D. +5

解析：在反應中，硫元素失電子化合價升高，而鉻元素得電子化合價降低。設元素Cr在還原產物中的化合價為x，由電子得失守恒得24×0.05 mol·L-1×2=20×0.02 mol·L-1×2×（6-x）；解得x=3。

五、 電荷守恒

主要應用于溶液中離子濃度之間的關系，溶液中陽、陰離子所帶的正負電荷總數相等，即電解質溶液呈電中性。

例7某溶液中僅含有Na+、Mg2+、SO2-4、Cl-四種離子，其中離子個數比為Na+、Mg2+、Cl-=4∶5∶8，若設Na+為4n個，則SO2-4個數可能為（）

A. 2 nB. 3 nC. 6 nD. 8 n

解析：電解質溶液中，所有陽離子帶的正電荷總數和所有的陰離子帶的負電荷總數相等，即正負電荷總數守恒。根據題給的三種離子個數比可知，當Na+為4n個時，Mg2+、Cl-個數應分別為5n和8n個，若設SO2-4個數為x個，則根據電荷守恒可得：4n+2×5n=8n+2x，求得x=3n。

守恒規律貫穿整個高中化學，是一種常用的解題方法，適用于解決一些運算較復雜的題目。但是，守恒法解題要求學生本身具有較高的化學水平，因此在使用時切忌按圖索驥，必須真正理解題意才能做到省時省力。

作者簡介：

李福龍，山東省濟南市，山東省濟南市歷城第二中學。