守恒法在化學計算中的應用

黃玲

摘 要：中學化學常見的守恒法有質量守恒法、電子守恒法、電荷守恒法、體積守恒法，這些方法的靈活運用，會給我們化學計算帶來許多方便，更能提高我們的計算效率。

關鍵詞：守恒法;運用;技巧

1 質量守恒法

質量守恒法法主要包括化學反應前后物質的總質量相等及反應前后某元素的質量相等兩個方面。

1.1 在反應前后物質總質量守恒的應用

例1、將NO2、NH3、O2的混合氣體26.88L通過稀硫酸后，溶液質量增加45.75g，氣體體積縮小為2.24L。將帶火星的木條插入其中，木條不復燃，則原混合氣體的平均相對分子質量為? ? ? ? ?。（氣體體積均在標況下測定）

解析：

混合氣體26.88L通過稀硫酸，發生反應：

2NH3+H2SO4=（NH4）2SO44NO2+O2+2H2O=4HNO3

3NO2 +H2O=2HNO3+NO。

由于木條不復燃，知氧氣不足，故剩余2.24L氣體為NO。根據質量守恒知，M=總質量/總物質的量=（溶液質量的增重+放出NO的質量）/ 總物質的量=[45.75g+（2.24L/22.4L·mol-1 * 28 g/mol） ]/ （26.88L/22.4L·mol-1）=40.625。故原混合氣體的平均相對分子質量為40.625g/mol。

1.2 在反應前后某元素原子質量守恒的應用

例2、38.4mg Cu完全溶解于一定量的濃硝酸后，收集到22.4mL氣體（標況），則在反應過程中消耗硝酸的物質的量為（? ? ? ? ?）

A. 0.001mol? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B. 0.0016mol

C. 0.0022mol? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 0.002mol

解析：

根據原子守恒知，消耗n（HNO3）=n（HNO3）氧化性+n（HNO3）酸性=0.0224/22.4L·mol-1+2×0.0384/64g·mol-1=0.0022mol。故應C。

2 電子得失守恒法

電子得失守恒法是根據氧化還原反應中氧化劑與還原劑得失電子總數相等的原理進行解題的方法。該法主要適用于氧化還原反應中有關氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的量及它們之間的比例關系的計算。

例3、3.84gCu投入一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成氣體的顏色越來越淺，共收集到1344mL氣體（標準狀況），將盛有此氣體的容器倒扣在水中，通入標準狀況下一定體積的氧氣，恰好使氣體溶于水，則通入氧氣的體積為（? ? ? ? ?）

A. 3.36L? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B. 0.224L

C.0.672L? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 1.12L

解析：

濃HNO3? ? ? ? ? ? ? O2? 、H2O

Cu? ?→? NOx? ? →? HNO3

從整體角度分析，得電子的物質是氧氣，失電子的物質是銅，設氧氣的物質的量為x，再借助電子守恒可知，3.84g/64g·mol-1×2 = 4x，得x = 0.03mol，故通入氧氣的體積為0.03mol×22.4mol·L-1 = 0.672L，應選C。

3 電荷守恒法

電荷守恒法主要適用于在電解質溶液中的有關離子濃度的大小比較、離子濃度的計算、離子反應的計算。

例4、把aL含、NH4 NO3的混合液分成兩等份。一份加bmolNaOH并加熱，恰好把NH3趕出;另一份消耗cmolBaCl2才能使SO42-恰好沉淀完全。則原溶液中NO3-的物質的量濃度是（? ?   ? ?）

A. （b—2c）/amol·L-1? ? ? ? ? B. （2b—c）/amol·L-1

C. （b—4c）/amol·L-1? ? ? ? ?D. （2b—4c）/amol·L-1

解析：

由題意知，反應后溶液中的溶質為NaCl和NaNO3，根據電荷守恒n （NH4 +）總=2b，故根據電離反應可知，硫酸銨中的銨根離子=4c，所以c（NO3-）= （2b—4c）/amol·L-1。故應選D。

4 氣體體積守恒法

體積守恒法是根據化學反應前后氣態物質的物質的量不變（即同溫同壓下反應前后氣體的體積不變）的原理進行解題的方法。

例5、同溫同壓下，兩個等體積的干燥圓底燒瓶中分別充滿①NH3②NO2，進行噴泉實驗。經充分反應后，瓶內溶液的物質的量濃度為（? ? ? ? ?）

A. ①>②? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B. ①<②

C. ①=②? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 無法確定

解析：

此題可采用特例分析法：假設燒瓶體積為22.4L（氣體為標準狀況下測定）。則進行噴泉實驗后，c（NH3）=n（NH3）/V=1/22.4mol·L-1;3NO2+H2O=2HNO3+NO，由反應知NO2進行噴泉實驗后，HNO3的物質的量為2/3mol，同時由氣體體積守恒知HNO3的體積為：V（HNO3）=22.4-V（NO）= 22.4-22.4×1/3=2/3×22.4L。所以c（HNO3）=（2/3mol）/（2/3×22.4L） =。故應選C。

5 結論

用NH3、或HCI做噴泉實驗，若混有不與該氣體反應的氣體，如空氣、氧氣、氮氣等，則不論混合氣體比例如何、水是否充滿燒瓶，標準狀況下其溶液濃度均為1/22.4mol·L-1。中學化學中的計算，有很多巧解的試題，只要我們能夠多發現、多探討，就能找到解題的捷徑。

參考文獻：

[1]李安.高中化學奧林匹克競賽《解題方法大全》[M].太原：山西教育出版社，2002.