巧用守恒法解決大計算
——關(guān)于硝酸與金屬反應計算之巧解

2019-04-04 03:43:34張偉

數(shù)理化解題研究 2019年10期

張偉

(山東省泰安市寧陽第一中學 271400)

一、守恒法簡介

守恒表示在化學反應中某種不變的關(guān)系，常常以等式的形式表示之.常見的守恒包括包括質(zhì)量守恒、原子個數(shù)守恒、電子得失個數(shù)守恒、電荷守恒.利用守恒關(guān)系解決問題的方法叫做守恒法.守恒法在中學化學計算中很常用.守恒法在列式時常常可不考慮中間具體過程，故很簡便.在計算中運用守恒法，可以大大簡化解題的過程，提高解題的速度和正確率.

二、硝酸與金屬的反應分析

1．質(zhì)量守恒

m(參加反應的Cu)+m(參加反應的HNO3)=m(Cu(NO3)2)+m(NO)+m(H2O)

2．原子個數(shù)守恒

(1)對于Cu原子：N(參加反應的Cu)=N(Cu(NO3)2)

(2)對于N原子：n(參加反應的HNO3)

=n(Cu(NO3)2中的N原子)+n(NO中的N原子)

=n(Cu(NO3)2)×2+n(NO)

3．電子得失守恒

Cu失電子總數(shù)=N得電子總數(shù).即n(Cu)×2=n(NO)×3

4．電荷守恒

在硝酸與金屬的反應計算中，常用的是原子個數(shù)守恒、電子得失守恒和電荷守恒，質(zhì)量守恒很少用到.

三、典型例題

1．原子個數(shù)守恒

例1 把0.4 mol Cu加入適量濃HNO3中，Cu完全溶解，共收集到0.3mol氣體，則反應消耗的硝酸是____mol.

分析如果HNO3一直是濃HNO3，則根據(jù)電子守恒，0.4 mol Cu失去0.8 mol電子，n(氣體)=n(NO2)=0.8 mol.這與題意不符.所以反應過程應是開始是Cu與濃HNO3反應，由于HNO3不斷消耗，后來就成了Cu與稀HNO3反應了.這需要寫出2個化學方程式進行計算，計算過程繁瑣.但如果運用原子個數(shù)守恒法，則可不寫化學方程式就能快速而準確地計算出最終結(jié)果.

根據(jù)Cu守恒，有n(反消耗的Cu)=n(Cu(NO3)2)×2

根據(jù)N守恒，有n(反應消耗的硝酸)=n(Cu(NO3)2)×2+n(NO)

=0.4 mol×2+0.3 mol=1.1 mol

例2 將30 g某銅銀混合物放入80 mL 13.5 mol/L的濃硝酸中，銅銀混合物完全溶解，共收集到0.3 mol氣體，反應后溶液中的H+的物質(zhì)的量濃度為1 mol·L-1.假設反應后溶液的體積仍為80 mL，計算該混合物中銅和銀的物質(zhì)的量各為多少.

分析設合金中銅銀的物質(zhì)的量分別為x、y.

根據(jù)N原子守恒，有

n(原來的HNO3)=n(Cu(NO3)2)×2+n(AgNO3)+n(氣體)+n(剩余的HNO3)

即：0.08 L×13.5 mol·L-1=2x+y+0.3+0.08 L×1 mol·L-1

再根據(jù)合金的質(zhì)量是30 g，有m(Cu)+m(Ag)=30 g

即：64 mol·L-1×x+108 mol·L-1×y=30 g

聯(lián)立二方程，解得，x=0.3 mol，y=0.1 mol.

2.得失電子個數(shù)守恒