化學計算中的守恒法

王秀平

摘要：守恒法是中學化學計算中一種很重要的方法與技巧，其特點是抓住有關變化的始態和終態，忽略中間過程，利用其中某種不變量建立關系式，從而簡化思路，快速解題. 守恒法解題依據是根據幾個連續的化學方程式前后某微粒如原子、電子、離子的物質的量保持不變或質量守恒原理等列關系式解答。

關鍵詞：化學；計算；守恒法

化學計算題是中學生在化學學習中比較發愁的一類題目，也是學生們在測驗和考試中最難得分的一類題，如何選用最合適的方法準確而快速地解決計算題，對于提高學習成績，增強學習效率，有著非常重要的意義。守恒定律是自然界中最重要的基本定律，是構成化學科學的基礎，化學反應過程就是參加反應的各物質的原子（包括離子）重新組合而生成新物質的過程。反應前后原子的種類沒有改變，數目沒有增減，原子的質量也沒有改變，也就是說

A+B=C+D的化學反應，其中A和B的質量和等于C和D的質量和。在化學計算中，守恒法運用十分廣泛，特別是有關混合物或反應物關系復雜或反應步驟較多的化學試題，運用守恒法求解，無需考慮反應體系各組分間的相互作用過程，也無需考慮變化所經歷的具體途徑，只需把握反應體系中某一組分經過變化前后的始態和終態即某一特定量固定不變，就會使問題中的化學關系更清楚地顯示出來，簡化解題過程，提高解題速度和準確率，常用守恒法計算包括：質量守恒、原子守恒、得失電子守恒、電荷守恒等。

一、質量守恒法

是根據化學反應前后反應物的總質量與生成物的總質量相等的原理或根據物質質量既不會增加也不會減少，只是由一種形式轉化為另一種形式來分析計算。

例1、在反應A+2B=C+2D中，已知C和D和摩爾質量比為22：9，當16克A與B完全反應后，生成44克C，求此反應中B與D的質量比是多少？

解：設可生成D的質量是X

A + 2B = C+2D

222×9

44X

∴X=36克

根據質量守恒定律：參加反應的B的質量為：44+3616=64克，

故反應中B與D的質量比為：64：36=16：9

例2、在一定溫度下，向25克蒸餾水中加入一定量無水CuSO4粉末，充分攪拌過濾，得到一定質量藍色晶體和12.6克濾液，若此溫度下無水CuSO4的溶解度是40克，求此無水CuSO4粉末的質量是多少？

解：設此無水CuSO4粉末的質量為X克

根據質量守恒定律知：

所得藍色晶體的質量為：X+2512.6

所加入的無水CuSO4一部分存在于晶體中，一部分存在于飽和溶液中即：

X=（X+2512.6）×160250+12.6×40100+40X=32克

二、原子守恒法

根據反應前后元素的種類和原子數目不變進行分析計算

例取銅銀合金1克放入過量的硝酸溶液中，使其全部溶解，再加入鹽酸，測得生成氯化銀沉淀0.35克，求此合金中銅的質量分數。

解：設1克合金中含銀X克

根據銀原子守恒

Ag～～AgCL

108143.5

X0.35

108143.5=X0.35X=0.263克

故銅的質量分數為：w= 1-0.2631×100%=73.7%

例2、有0.4克鐵的氧化物，用足量的CO在高溫下將其還原，把生成的CO2全部通入到足量的澄清石灰水中，得到0.75克固體沉淀物，這種鐵的氧化物的化學式是什么？

解：根據題目中所設定的條件，鐵的氧化物中的氧先轉變成CO2又轉變成

CaCO3即根據氧原子守恒得：

氧化物中的O～～CaCO3

16100

X0.75

16100=X0.75∴X=0.12克

則鐵與氧的原子個數比為：

0.4-0.1256：0.1216=2：3

∴該氧化物的化學式為Fe2O3

三、電荷守恒法

依據電解質溶液中陰離子所帶負電荷總數與陽離子所帶正電荷總數相等的原則分析計算

例1：將K2SO4 、Al2（SO4）3 、KAl（SO4）2三種鹽溶于稀硫酸中，測得C（SO2-4）=0.105mol/L，C（Al3+）=0.055mol/L，溶液的pH=2.0，則C（K+）是多少？

解：溶液中存在電荷守恒

C（K+）+C（H+）+3C（Al3+）=2C（SO2-4）+C（OH-）

pH=2.0得C（H+）=0.01mol/L，C（OH-）=1×1012mol/L，（可忽略不計）

故：C（K+）=2C（SO2-4）3C（Al3+）C（H+）

=2×0.1053×0.0550.01=0.035mol/L

例2、把一種堿MOH加入到另一種強酸HA溶液中，反應后溶液呈中性，則下列判斷一定正確的是（）.

A.生成的鹽不水解B.酸堿以等物質的量混合

C.反應后溶液中C（M+）=C（A）D.加入的堿過量

分析：由于不知MOH為強堿還是弱堿，故僅知道一元酸和一元堿中和無法確定呈中性的原因，但是若避開此關鍵問題，據電荷守恒原則：

C（H+）+C（M+）=C（H+）+C（OH-），由于溶液呈中性，即C（H+）=C（OH-）

則：C（M+）=C（A），故答案是C.

四、得失電子守恒法

氧化還原反應中，氧化劑得電子總數與還原劑失電子總數相等，利用這一特點，在解題過程中首先找出氧化劑、還原劑的物質的量及每摩爾氧化劑、還原劑得失電子的量，然后據電子守恒列式計算。

例：12ml濃度為0.5mol/L的Na2SO3溶液，恰好與10ml濃度為0.2mol/L的K2Cr2O7溶液完全反應，試分析元素Cr在還原產物中的價態是什么？

解：還原劑是Na2SO3，反應后生成Na2SO4，每1molNa2SO3變成Na2SO4失去2mol電子，則12ml0.5mol/L的Na2SO3失去電子是12×103 ×0.5×2mol電子。

氧化劑是K2Cr2O7，反應前Cr為+6價，反應后Cr為X價，1molK2Cr2O7反應后得電子2（6X）mol，則10ml0.2mol/L的K2Cr2O7反應后得電子是：0.2×10×103 ×2（6X）mol，

據得失電子守恒得：12×103 ×0.5×2=02×10×103 ×2（6X）∴X=3

五、離子守恒法

根據離子反應中，反應前后元素離子數目不變的原理，計算過程不需要依據化學反應方程式，只需找到起始和終止時離子的對應關系，即可計算，將復雜的問題簡單化。

例：27.2克Fe粉和Fe2O3的混合物放入500ml的稀H2SO4中，發現固體物質完全溶解，并放出0.1molH2，此時測知溶液中無Fe3+，然后向溶液中加入2mol/L的NaOH500ml時，溶液恰好呈中性，求原H2SO4溶液的物質的量濃度？

解：此題涉及的反應較多，看起來比較復雜，但據離子守恒原則，反應前后的SO2-4和Na+的量不變，當溶液恰好呈中性時，說明Fe元素全部轉化成Fe（OH）2沉淀，而H2SO4恰好全部轉化成Na2SO4。

據離子守恒得： n（Na+）=2n（SO2-4）

則n（H2SO4）=n（SO2-4）=12n（Na+）=12n（NaOH）=12×2mol/L×0.5L=0.5mol

故C（H2SO4）=nV=0.5mol0.5L=1mol·L-1

總之，守恒法整體思維法就是拋開繁瑣的反應過程，抓住始態與終態中某些物理量的守恒關系求解的一種思維方法，可簡化解題過程，快速解答。