淺談守恒法在高中化學(xué)計算中的應(yīng)用

1、淺談守恒法在高中化學(xué)計算中的應(yīng)用化學(xué)組 舒少華化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子間重新組合，依據(jù)質(zhì)量守恒定律在化學(xué)反應(yīng)中存在一系列守恒現(xiàn)象，如：質(zhì)量守恒、原子守恒、元素守恒、電荷守恒、電子得失守恒等，利用這些守恒關(guān)系解題的方法叫做守恒法。守恒的實質(zhì)：利用物質(zhì)變化過程中某一特定的量固定不變而找出量的關(guān)系，基于宏觀統(tǒng)覽全局而避開細(xì)枝末節(jié)，簡化步驟，方便計算。通俗地說，就是抓住一個在變化過程中始終不變的特征量來解決問題。目的是簡化步驟，方便計算。下面我就結(jié)合例題列舉守恒法在化學(xué)計算中常見的應(yīng)用。一、質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒就是化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變，在配制或稀釋溶液的過程中，溶質(zhì)的質(zhì)量不變。例1.反應(yīng)A + 3

2、B = 2C,若 7g A和一定量 B 完全反應(yīng)生成 8.5g C，則A、B、C的相對分子質(zhì)量之比為（ ）。A、14:3:17 B、28:2:17C、1:3:2 D、無法確定 答案：B例2.A、B、C三種物質(zhì)各15 g，發(fā)生如下反應(yīng)：ABCD反應(yīng)后生成D的質(zhì)量為30 g。然后在殘留物中加入10 g A，反應(yīng)又繼續(xù)進(jìn)行，待反應(yīng)再次停止，反應(yīng)物中只剩余C，則下列說法正確的是( )A.第一次反應(yīng)停止時，剩余B 9 gB.第一次反應(yīng)停止時，剩余C 6 gC.反應(yīng)中A和C的質(zhì)量比是53D.第二次反應(yīng)后，C剩余5 g答案：D解析：第一次反應(yīng) A 不足，因為第一次反應(yīng)后加入 A 又能進(jìn)行第二次反應(yīng)。第二次反

3、應(yīng)后，只剩余 C，說明 A、B 恰好完全反應(yīng)。則：m反(A)m反(B) = (15 g10 g)15 g = 53第一次反應(yīng)耗 B 的質(zhì)量mB為：15 gmB=53，mB=9 g即第一次反應(yīng)后剩余B質(zhì)量為：15 g9 g=6 g?？梢?A)選項不正確。根據(jù)mAmBmC=mD ，可知生成30 g D時消耗C的質(zhì)量。mC=30 g15 g9 g=6 g即第一次反應(yīng)后剩余C質(zhì)量為：15 g6g=9g。又見(B)選項不正確。易見反應(yīng)消耗A、B、C質(zhì)量之比為：mAmBmC=15 g9 g6g=532(C)選項不正確。二、原子守恒原子守恒即系列反應(yīng)中某原子(或原子團(tuán))個數(shù)(或物質(zhì)的量)不變。以此為基礎(chǔ)可求

4、出與該原子(或原子團(tuán))相關(guān)連的某些物質(zhì)的數(shù)量(如質(zhì)量)。例31L1mol/L的NaOH溶液中，通入0.8molCO2，完全反應(yīng)后，溶液中CO32-和HCO3-離子的物質(zhì)的量之比大約為（ ）A、2：1 B、1：1 C、1：2 D、1：3 答案:D例4.某露置的苛性鉀經(jīng)分析含水：7.62%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、K2CO3：2.38%、KOH ：90.00%。取此樣品 1.00 g 放入 46.00 mL 1.00 molL1 的 HCl(aq) 中，過量的 HCl 可用 1.070 mol/L KOH(aq)中和至中性，蒸發(fā)中和后的溶液可得固體_克。答案：3.43 g提示：根據(jù) Cl 原子守恒得：n

5、(KCl) = n(HCl) = 1.00 molL10.04600 L = 4.60102 mol，m(KCl) 易求。例5：有0.4g鐵的氧化物， 用足量的CO 在高溫下將其還原，把生成的全部CO2通入到足量的澄清的石灰水中得到0.75g固體沉淀物，這種鐵的氧化物的化學(xué)式為（ ）A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Fe4O5 答案：B解析 由題意得知，鐵的氧化物中的氧原子最后轉(zhuǎn)移到沉淀物CaCO3中。且n(O)=n(CaCO3)=0.0075mol m(O)=0.0075mol16g/mol=0.12g。m(Fe)=0.4g-0.12g=0.28g，n(Fe)=0.00

6、5mol。n(Fe)n(O)=2:3，選B例6 將幾種鐵的氧化物的混合物加入100mL、7molL1的鹽酸中。氧化物恰好完全溶解，在所得的溶液中通入0.56L（標(biāo)況）氯氣時，恰好使溶液中的Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+，則該混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （ ）A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6%答案：B解析 鐵的氧化物中含F(xiàn)e和O兩種元素，由題意，反應(yīng)后，HCl中的H全在水中，O元素全部轉(zhuǎn)化為水中的O，由關(guān)系式：2HClH2OO，得：n（O）=，m（O）=0.35mol16gmol1=5.6 g；而鐵最終全部轉(zhuǎn)化為FeCl3，n（Cl）=0.56L 22.4L/mo

7、l2+0.7mol=0.75mol，n（Fe）=，m(Fe)=0.25mol56gmol1=14 g，則，選B。例7現(xiàn)有19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3組成的混合物，將它完全溶解在540 mL 2.00 molL1的H2SO4溶液中，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體8.96 L。已知混合物中，F(xiàn)e、FeO、Al、Al2O3L1的NaOH(aq)體積是_。答案：800 mL提示：根據(jù) Na 原子守恒和 SO守恒得如下關(guān)系：2NaOH Na2SO4 H2SO4則：n(NaOH) = 2n(H2SO4)c(NaOH)V NaOH(aq) = 2c(H2SO4)V H2SO4(aq)V NaOH(a

8、q)可求。三、電荷守恒電荷守恒即對任一電中性的體系，如化合物、混和物、溶液、膠體等，電荷的代數(shù)和為零，即正電荷總數(shù)和負(fù)電荷總數(shù)相等。例題8將 CaCl2 和 CaBr2 的混合物 13.400 g溶于水配成 500.00 mL 溶液，再通入過量的 Cl2，完全反應(yīng)后將溶液蒸干，得到干燥固體 11.175 g。則原配溶液中，c(Ca2)c(Cl)c(Br)為A.321B.123C.132D.231答案：D解題思路：1個 Ca2 所帶電荷數(shù)為2，則根據(jù)溶液中陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)，知原溶液中：2n(Ca2) = n(Cl) n(Br)將各備選項數(shù)值代入上式進(jìn)行檢驗可知答案。例

9、9：(1)中學(xué)教材上圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO(氧化鎳)晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2與最近O2的核間距離為a108cm，計算NiO晶體的密度(已知NiO摩爾質(zhì)量為74.7 gmol1)。 (2)天然的和絕大部分人工制備的晶體，都存在各種缺陷，例如在某種NiO晶體中就存在如圖11所示的缺陷：一個Ni2空缺，另有兩個Ni2被兩個Ni3所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni0.97O，試計算該晶體中Ni3與Ni2的離子數(shù)之比。答案：(1) (2)691提示：由題得 NiO 晶體結(jié)構(gòu)(如右圖)。其體積為：V =

10、(a108cm)3右圖向三維空間延伸，它平均擁有的 Ni2、O2數(shù)目為：N(Ni2) =N(O2) =4 =N(NiO)由密度公式得：(NiO) =。(2)(電荷守恒法)設(shè) 1 mol Ni0.97O 中含Ni3物質(zhì)的量為x，則Ni2的物質(zhì)的量為(0.97 molx)；根據(jù)電荷守恒得：3x2(0.97 molx)=1 mol2x=0.06 molN(Ni3)N(Ni2)=0.06 mol(0.97 mol0.06 mol)=691例10 將8g Fe2O3投入150mL某濃度的稀硫酸中，再投入7g鐵粉收集到1.68L H2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），同時，F(xiàn)e和Fe2O3均無剩余，為了中和過量的硫酸，且使溶

11、液中鐵元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。則原硫酸的物質(zhì)的量濃度為（ ）A. 1.5mol/L B. 0.5mol/L C. 2mol/L D. 1.2mol/L答案：C解析 粗看題目，這是一利用關(guān)系式進(jìn)行多步計算的題目，操作起來相當(dāng)繁瑣，但如能仔細(xì)閱讀題目，挖掘出隱蔽條件，不難發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后只有Na2SO4存于溶液中，且反應(yīng)過程中SO42并無損耗，根據(jù)電荷守恒原則：n（SO42）=n（Na+），則原硫酸的濃度為：2mol/L，故選C。四：電子得失守恒法（或化合價升降守恒法）電子得失守恒法即化學(xué)反應(yīng)中(或系列化學(xué)反應(yīng)中)氧化劑所得電子總數(shù)等于還原劑所失電子總數(shù)，無論是自發(fā)進(jìn)

12、行的氧化-還原反應(yīng)還是原電池或電解池均如此例11 一定條件下RO3n-和I-間反應(yīng)： RO3n-6I- 6H+ = R-323H2O， 則 RO3n中R元素的化合價為：答案：+5例12 某稀硝酸溶液中，加入5.6g鐵粉充分反應(yīng)后，鐵粉全部溶解，生成NO，溶液質(zhì)量增加3.2g，所得溶液中Fe2+和Fe3+物質(zhì)的量之比為 （ ）A. 41 B. 21 C. 11 D. 32答案：0.100 molL1解析 設(shè)Fe2+為xmol，F(xiàn)e3+為ymol，則：x+y=0.1（Fe元素守恒）2x+3y=（得失電子守恒）得：x=0.06mol，y=0.04mol。則xy=32。故選D。例13.將 3.48 g

13、 Fe3O4 完全溶解在 100 mL 1.00 mol/L 的 H2SO4(aq) 中，然后加入 K2Cr2O7(aq)25.00 mL，恰好使 Fe2全部轉(zhuǎn)化為 Fe3，且 Cr2O全部轉(zhuǎn)化為 Cr3。則 K2Cr2O7 的物質(zhì)的量濃度為_。提示：Fe3O4中 2 價鐵所失電子物質(zhì)的量與 Cr2O 中6 價鉻所得電子物質(zhì)的量相等。(32)= 0.02500 Lc(Cr2O)(63)2。例題14 將 CaCl2 和 CaBr2 的混合物 13.400 g溶于水配成 500.00 mL 溶液，再通入過量的 Cl2，完全反應(yīng)后將溶液蒸干，得到干燥固體 11.175 g。則原配溶液中，c(Ca2)c(Cl)c(Br)為A.