淺談三大守恒在解題中的應用

華雪瑩

守恒是化學方程式計算常用的一種方法，具有化朦朧為直觀、變復雜為簡單的特點。從數學角度來說，化學反應方程式可看作一個等式，等式中必然具備某些守恒要素和數量關系;從化學層面來看，化學反應方程式必須遵循質量（原子）守恒（適合一切化學反應）、電子得失守恒（適合氧化還原反應）、電荷守恒（適合離子反應、電解質溶液）等。這樣在解題的過程中，我們就可以用上述三大守恒為依據來尋找解題的切入點。有些題目只需用三大守恒中一種即可以順利解題，有些較難的題目卻需要多次使用某種守恒或幾種守恒方法并用，才能使問題順利獲解。結合下面的例題，我們一起來體會靈活運用各種守恒，對快速、順利、簡捷解題的重要性。

一、在方程式配平或分析中運用

若是氧化還原反應，需要根據原子守恒、電子得失守恒解題;如果是離子反應，則還需要用到電荷守恒規律才能實現順利解題。

【例1】在一定條件下，R和氟氣可發生如下反應：R+F2+2OH-=R+2F-+H2O，從而可知在R中，元素R的化合價是（? ）

A. +4??? B. +5??? C. +6??? D. +7

解析：根據離子方程式兩邊的電荷總數相等，有n+1×2=1+1×2，解得n=1。

設元素R在R中的化合價為x，則有x+（-2）×3=-1，解得x=5。

綜上可知，本題應選B。

【例2】將N+Zn+OH-+H2O→NH3+Zn（OH）配平后，離子方程式中H2O的系數是（? ）

A. 2??? B. 4??? C. 6??? D. 8

解析：根據電子得失守恒規律來配平反應式，N元素的化合價變化是8，Zn元素的化合價變化是2，所以Zn與Zn（OH）前面分別配4;再根據電荷守恒規律，OH-前面配7，最后根據原子守恒規律，用觀察法配平反應式為：N+4Zn+7OH-+6H2O=NH3+4Zn（OH）。故本題應選C。

二、在方程式計算中運用

在氧化還原反應中，需將原子守恒、電子得失守恒聯合起來解題;在平行（或并列）反應中則需根據不同原子的量守恒列方程組來解題。

【例3】在1.00 L 1.00 mol· L-1 NaOH溶液中通入16.8 L標準狀況下的CO2，計算所得溶液中含有的NaHCO3和Na2CO3的物質的量分別為_______。

解析：根據題設條件可求出n（CO2）==0.75 mol，n（Na+）=1 mol。根據原子守恒有：n（Na+）=n（NaHCO3）+2n （Na2CO3），n（CO2）=n（NaHCO3）+n（Na2CO3），于是可得：n（NaHCO3）=0.500 mol，n（Na2CO3）= 0.250 mol。

【例4】一定量的乙醇在氧氣不足的情況下燃燒，得到CO、CO2和水的總質量為27.6 g，若其中水的質量為10.8 g，則CO的質量為（? ）

A. 1.4 g? B. 2.2 g? C. 4.4 g? D. 在2.2 g與4.4 g之間

解析：由題設知，m（CO）+m（CO2）=27.6 g-10.8 g=16.8 g。

又n（H）=×2=1.2 mol，則n（C）=×2=0.4 mol。

根據原子守恒和質量守恒可列等式：n（C）=n（CO）+n（CO2）=0.4 mol，n（CO）·M（CO）+n（CO2）·M（CO2）= m（CO）+m（CO2）=16.8 g，解得m（CO）=1.4 g。故本題應選A。

【例5】某濃度的硝酸與過量的鐵粉反應時生成了4.48 L N2O氣體（標準狀況下），若改與鋁反應，生成NO氣體，則最后可溶解的鋁的質量是（? ）

A. 13.5 g?? B. 9 g?? C. 27 g?? D. 8.9 g

解析：該題僅有一個數據，看似缺少條件，很多同學感到無從入手。由于該題涉及到的反應是氧化還原反應，則它遵循電子得失守恒和原子守恒。再根據題意，因為鐵粉過量，故產物中鐵的存在形式為Fe2+，這樣就有n（Fe）×2 =×2×4，可求得n（Fe）=0.8 mol。

又根據N的變化去向，有n（HNO3）=2n[Fe（NO3）2]+2n（N2O）=2n（Fe）+2n（N2O）=2.0mol。

將上述觀點用于求鋁的物質的量，有n（Al）×3=n（NO）×3，n（HNO3）=3n[Al（NO3）3]+n（NO）=3n（Al）+n（NO）=2.0 mol，可求出n（Al）=0.5 mol，則m（Al）=0.5 mol ×27 g·mol-1 = 13.5 g。故應選A。

三、在溶液分析問題中運用

主要是在離子濃度大小比較、離子方程式的正誤判斷、電解質溶液等問題的分析中運用。

【例6】將0.2 mol·L-1 HCN溶液與0.1 mol·L-1的NaOH溶液等體積混合后，溶液顯堿性，下列關系式中正確的是（? ）

A. c（HCN）< c（CN-）??? B. c（Na+）> c（CN-）

C. c（HCN）-c（CN-）=c（OH-） D. c（HCN）+c（CN-）=0.1 mol·L-1

解析：將0.2 mol·L-1 HCN溶液與0.1 mol·L-1 NaOH溶液等體積混合后，所得溶液中c（HCN）=0.05 mol·L-1，由于混合后溶液呈堿性，說明NaCN水解程度大于HCN的電離程度，故c（HCN）>c（CN-），則選項A錯誤;由上述分析知c（CN-）< 0.05 mol·L-1，而c（Na+） =0.05 mol·L-1，則選項B正確;根據C、N元素守恒可知，c（HCN）+c（CN-）=0.1 mol·L-1，則選項D正確;又根據電荷守恒可知，c（H+）+c（Na+）=c（CN-）+c（OH-），將該式與式子c（HCN）+c（CN-）=0.1 mol·L-1相加，有

c（HCN）+c（CN-）+2c（Na+）

2c（H+）+2c（Na+）=2c（CN-）+2c（OH-）

可得：c（HCN）+c（CN-）=2c（OH-）+2c（OH+）

無法證明C答案是正確還是錯誤的，

因此建議將C答案改為

c（HCN）-c（CN-）=c（OH-）+c（H+）

即可證明。故本題應選B、D。

【例7】在10 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中加入同體積、同濃度的CH3COOH溶液，反應后溶液中各微粒的濃度關系錯誤的是（? ）

A. c（Na+）>c（CH3COO-）> c（H+）> c（OH-）

B. c（Na+）>c（CH3COO-）> c（OH-）>c（H+）

C. c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）

D. c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）

解析：等物質的量的NaOH與CH3COOH恰好完全反應，CH3COO-又發生水解，溶液呈堿性，CH3COO-+H2O？葑CH3COOH+OH-，故c（Na+）>c（CH3COO-）>c（OH-）>c（H+），則選項B正確，不符合題干要求;根據物質守恒，有c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH），則選項C正確，不符合題干要求;根據電荷守恒，有c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），則選項D正確，不符合題干要求。故本題應選A。

【例8】在無土栽培中，需配制一定量含50 mol NH4Cl、16 mol KCl和24 mol K2SO4的營養液。若用KCl、NH4Cl和 （NH4）2SO4三種固體為原料來配制，三者的物質的量依次是（單位：mol）（? ）

A. 2，64，24???? B. 64，2，24

C. 32，50，12?????????? D. 16，50，24

解析：本題要從溶液中電荷守恒和原子守恒兩個角度來分析、解決問題。若用KCl、NH4Cl和（NH4）2SO4三種固體為原料來配制營養液，則其中SO的全部來源于（NH4）2SO4，同時該物質也提供了48 mol的NH，所以還需2 mol的NH4Cl、64 mol的KCl。故應選B。

除了上述幾種常用的守恒方法外，其它從“守恒”的觀點衍生出來而又通用的守恒方法，如“溶解稀釋前后溶質的物質的量守恒”等，在有關計算中還是可以和上述方法一樣使用的。總的來說，結合已知條件，從化學反應方程式或溶液組成入手綜合分析，并從中找出守恒要素的實質，聯用守恒方法，能夠達到事半功倍之效，有利于同學們化學素養的提高。

責任編輯 李平安