化學計算中的守恒思想

史永鑫

(安徽省蕪湖市安徽師范大學附屬中學 241001)

守恒思想是中學化學計算中最常用的重要解題思想之一，包括質量守恒、原子守恒、得失電子守恒、電荷守恒等方面.其特點是技巧性很強，可以大大簡化計算步驟，從而快速解題.例如在Cu、Ag等金屬及其合金與HNO3反應的相關計算中可以將守恒思想用到極致.

筆者用來自一線教學中的一道經典例題進行交流，以供讀者參考.

(1)稀釋后的溶液中HNO3的物質的量濃度.

(2)被還原的HNO3得到的電子的物質的量.

(3)生成NO氣體的體積(標準狀況).

解析為了審題更直觀，首先根據題意寫出化學反應的表達式：

Cu+HNO3→Cu(NO3)2+NO2↑+NO↑+H2O

由Cu原子守恒：

n(Cu2+)=n(Cu)=3.2 g/64 g/mol=0.05mol

又根據電荷守恒(溶液的電中性原理)：

由于溶液呈酸性，故c(OH-)忽略不計，所以等式：

成立,而H+～HNO3，故n(HNO3)=n(H+)=0.20×1-0.05×2=0.1 mol，即稀釋后c(HNO3)=0.1 mol/L.

(2)根據氧化還原反應中得失電子守恒：

被還原的HNO3得到的n(e-)恰好等于反應中Cu失去的n(e-)，

即n(e-)HNO3得=n(e-)Cu失=2×0.05mol=0.10mol.

(3)設n(NO)=xmol，n(NO2)=ymol:

分析N原子情況：

反應前n(N)=n(HNO3)前=0.26mol

根據N原子守恒：

x+y+0.20=0.26mol ①

再次利用得失e-守恒：

3x+y=0.10mol ②

聯立方程①②解得：

n(NO)=x=0.02mol，n(NO2)=y=0.04mol

標準狀況下V(NO)=448mL.

答案：

(1)稀釋后c(HNO3)=0.1 mol/L.

(2)被還原的HNO3得n(e)=0.10mol.

(3)標準狀況下V(NO)=448mL.

點評本題中兩次用到“原子守恒”，兩次用到“得失電子守恒”，一次用到“電荷守恒”，守恒思想在這里可謂已經用到極致.

類似習題：

1. 56g Fe粉投入500g稀HNO3中，兩者恰好完全反應放出NO，溶液增重26g，則反應后溶液中的金屬陽離子為( ).

A．只有Fe3+

B. 只有Fe2+

C．有Fe2+和Fe3+

D．無法確定

答案：A，提示：得失電子守恒

2. 14 g銅、銀合金與足量的某濃度的硝酸反應，將放出的氣體與1.12 L(標準狀況下)氧氣混合，通入水中恰好全部被吸收，則合金中銅的質量為( ).

A．9.6 g B．6.4 g C．3.2 g D．1.6 g

答案：C，提示：得失電子守恒

3. 某單質能跟濃硝酸反應.若參加反應的單質與硝酸的物質的量之比為1∶4，則該元素在反應中所顯示的化合價可能是( ).

A．+1 B．+2 C．+3 D．+4

答案：BD，提示：得失電子守恒，原子守恒

4．將1.92 g Cu和一定量的濃HNO3反應，隨著Cu的不斷減少，反應生成氣體的顏色逐漸變淺，當Cu反應完畢時，共收集到氣體1.12 L(標準狀況)，則反應中消耗HNO3的物質的量為( ).

A．1mol B．0.05mol C．1.05mol D．0.11mol

答案：D，提示：Cu原子守恒，N原子守恒

5．1.92 g銅投入一定量濃HNO3中，銅完全溶解，生成氣體顏色越來越淺，共收集到672 mL氣體(標準狀況).將盛有此氣體的容器倒扣在水中，通入標況下一定體積的O2，恰好使氣體完全溶于水中，則通入O2的體積為( ).

A．504mL B．168mL C．336mL D．224mL

答案：C，提示：得失電子守恒

6．在隔絕空氣的情況下，9.8 g Fe、Mg混合物溶于一定量某濃度的稀硝酸中，當金屬完全溶解后，收集到0.2 mol NO氣體，在反應后的溶液中加入足量的燒堿溶液，可生成氫氧化物沉淀的質量為( ).

A．18g B．20g C．22g D． 4.96 g

答案：B，提示：Fe、Mg原子守恒，得失電子守恒