中學(xué)生化學(xué)競賽專題講座：守恒法在化學(xué)計算中的應(yīng)用

1、中學(xué)生化學(xué)競賽專題講座：守恒法在化學(xué)計算中的應(yīng)用化學(xué)計算中一種十分常用的方法一一守恒法。這種方法在使用過程中不需要了 解過多的中間過程，避免了繁雜的分析和多重化學(xué)反應(yīng)，具有思路簡單，關(guān)系明確， 計算快捷的特點。一、守恒法的基本題型和解題依據(jù)1、參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物的質(zhì)量總和，這個 規(guī)律叫質(zhì)量守恒定律。其本質(zhì)是：化學(xué)反應(yīng)前后，各元素的原子的種類，數(shù)目沒有 改變。所以，在一切化學(xué)反應(yīng)中都存在著質(zhì)量守恒、原子個數(shù)守恒。2、氧化還原反應(yīng)的特征是元素的化合價發(fā)生變化，其本質(zhì)是在反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn) 移。由于物質(zhì)間得失電子數(shù)相等，所以，在有化合價升降的元素間存在化合價升降 總數(shù)相等

2、的守恒關(guān)系。因而有電量守恒（又稱電子得失守恒）及化合價守恒。3、由于物質(zhì)是電中性的，因而在化合物和電解質(zhì)溶液中，陰陽離子所帶電荷數(shù) 相等，存在電荷守恒二、例題應(yīng)用指導(dǎo)（一）質(zhì)量守恒：在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的反應(yīng)物的總質(zhì)量等于反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量，反應(yīng)前后質(zhì)量不變。例1.在臭氧發(fā)生器中裝入100mlO,經(jīng)反應(yīng)3Q=2O,最后氣體體積變?yōu)?5ml （體積 均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定），則反應(yīng)后混合氣體的密度為多少？【分析】根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后容器中氣體的質(zhì)量不變，等于反應(yīng)前100mlQ的質(zhì)量。則反應(yīng)后混合氣體的密度為：d= （0.1L/22.4L mol1 x32g mol1） /0.095L=1.5

3、g/L例2、將足量的金屬鈉投入到100gt C的水中，恰好得到t C時NaOHS和溶液111g, 則t C時NaOH勺溶解度為克。分析解答:由于2Na+2HO=NaOH+橋以，反應(yīng)前總質(zhì)量為加明+阪巴反應(yīng)后總質(zhì)量為%叫品”取若設(shè)Na的物質(zhì)的量為xmol,則“取上xmol.據(jù)質(zhì)量守恒定律有：23x+100=111怎X2,得 x=0.5SOIt=0.5mol X40g/mol=20g(二)原子守恒：在一些復(fù)雜多步的化學(xué)過程中，雖然發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)多，但某些元素的物質(zhì)的 量、濃度等始終沒有發(fā)生變化，整個過程中元素守恒。例3.有一在空氣中暴露過的 KOH0體，經(jīng)分析知其內(nèi)含水 7.62%, K2C&.8

4、8%,KOH90% 若將此樣品1g加入到46.00ml的1mol 鹽酸中，過量的酸再用1.07mol - L 1KOH 溶液中和，蒸發(fā)中和后的溶液可得固體多少克？【分析】此題中發(fā)生的反應(yīng)很多，但仔細分析可知：蒸發(fā)溶液后所得固體為氯化鉀， 其Cl 全部來自于鹽酸中的Cl，在整個過程中C守恒。即n (KCl) =n (HCl)故 m (KCl) =0.046LX1mol L1X74.5g - mol 1=3.427g例4、將1molHS和1molQ混合后點燃，生成SO的物質(zhì)的量為 mol?分析解答:屋S在。中燃燒反應(yīng)有兩種情況：2H2S+O=2S+2HO2HS+3O=2SO+2Ho本題中：由于2:

5、 3門.理:n與2: 1所以HS在Q中燃燒的產(chǎn)物有S、SO、HQ 細心觀察不難發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)前 H2S中的H元素全部轉(zhuǎn)移到H2O中，反應(yīng)前H2S中的S元 素全部轉(zhuǎn)移到SO和S中，反應(yīng)前Q中的O元素全部轉(zhuǎn)移到HO用SO中。？.據(jù)原子 守恒有：“hr/h消(H守恒口”歸二？11叫+外困(。守恒)2 X mol 1陰白/代入數(shù)據(jù)得：=：=imoi?.=0.5mol例5、將紅磷放在C12中燃燒，若紅磷與C12按npMs=1:1.8混合，待充分反應(yīng)后，生成物中口】3：%=?分析解答:由于反應(yīng)前紅磷中的P元素全部轉(zhuǎn)移到PC13及PC15中，反應(yīng)前C12中的Cl元素全部轉(zhuǎn)移到PC13及PC15中。.二據(jù)原子守恒

6、有:一+ k=np3】+5 n無一 =nh?若設(shè) np=1mol 則 nci=2ncia=2x 1.8=3.6mol. 有：+1 =1mol3 +5=3.6mol解得 一 =0.7mol1 =0.3molSei*：g門5=0.7：0.3=7:3（三）電荷守恒例6、將KCl和KBr的混合物13.4克，溶于水配成500mol溶液，通入過量的C12, 反應(yīng)后將溶液蒸干，得固體11.175克，則原配溶液中的K+、Cl-、Br-的物質(zhì)的量濃 度之比為（）A、1: 2: 3B、3: 2: 1C 1: 3: 2D 2: 3: 1分析解答:根據(jù)溶液中的電荷守恒有：K+=Cl -+Br -.K+ Cl -K+

7、Br- .為 B例7、某地酸雨分析數(shù)據(jù)如下：Na+=2.3 X10-5mol/LCl -=3.5 x 10-5mol/LNH4+=7 x 10-6mol/LSO42-=2.5 X10-6mol/L該地酸雨的PH值是（）。A30B.4.0C43D50解析：根據(jù)酸雨中，陰陽離子電荷守恒求算：Na+NH4+H+=Cl -+2SO42-+OH-因溶液顯酸性，故OH可略。代入題給數(shù)據(jù)， 立即求得H+=1.0 x 10-5mol/LPH=5.0 故選 D(四)電子守恒：(電子得失守恒，化合價升降總數(shù)相等)氧化還原反應(yīng)中，氧化劑失電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)，得失電子守恒。例8、24ml濃度為0.05mol

8、/L的NaSO溶液，恰好與20ml濃度為0.02mol/L的K2C2O 溶液完全反應(yīng)，則元素Cr在被還原的產(chǎn)物中的化合價是 。分析解答:先根據(jù)化合價的改變確定得失電子的物質(zhì)：由于題目指出Cr被還原，所以得電子的物質(zhì)是K2C2O,失電子的物質(zhì)是NaSO。再根據(jù)化合價的改變分別找出1mol氧化劑、還原劑的得失電子數(shù)。設(shè) Cr元素被還原為+6+n價，佃01%。7在反應(yīng)中得電子：2x(6-n)mol由于NaSO肯定被氧化為NaSO,.ImolNaSO在反應(yīng)中失電子：(6- 4)xi=2mol。最后，根據(jù)反應(yīng)物的實際電 子得失總數(shù)，列電子守恒關(guān)系求解：0.05mol/L X24X 10-3LX2=0.0

9、2mol/L X20X 10-3LX2(6-n)解得：n=3應(yīng)為+3價。例93.84g銅和一定質(zhì)量的濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅反應(yīng)完時，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況時的氣體2.24L,若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水梢中，需通入多少升標(biāo)況下的氧 氣才能使集氣瓶充滿溶液？解析：銅失電子數(shù)=被還原的硝酸得的電子數(shù)=氧化硝酸的還原產(chǎn)物NO, NO 2消 耗的氧氣得的電子數(shù)，省去中間計算，得銅失的電子數(shù)=氧氣得的電子數(shù)。則n 4 (O2) =3.84 g -64g .mol 1 x 2X 1/4 = 0.03molV (O2) =0.03mol X22.4 L .mol - =0.672 L若用常規(guī)解法，應(yīng)先求出NO

10、 NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)：4NO 2 + 0 2 + 2H2 O = 4HNO 3 4NO+ 30 2 +2H2 O = 4HNO 3計算出O 2的物質(zhì)的量，并求出其體積，此方法運算量大，中間計算多且復(fù)雜,容易出錯，用電子守恒法綜合考慮，可省去中間的各步計算，使計算簡化。你看，這種方法在使用時是否“只看兩頭不管中間”呢？三、守恒法的選取在進行解題時，如何選擇并應(yīng)用上述方法對于正確快速地解答題目十分關(guān)鍵。首先必須明確每一種守恒法的特點，然后挖掘題目中存在的守恒關(guān)系，最后巧妙地選取方法，正確地解答題目。1.在溶液中存在著離子的電荷守恒和物料守恒。因此涉及到溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物

11、質(zhì)的量濃度等問題可考慮電荷守恒法物料守恒法。.在氧化還原反應(yīng)中存在著得失電子守恒。因此涉及到氧化還原反應(yīng)中氧化劑、還原劑得失電子及反應(yīng)前后化合價等問題可考慮電子守恒法。.在某些復(fù)雜多步的化學(xué)反應(yīng)中，某些元素的質(zhì)量或濃度等沒有發(fā)生變化。因此涉及到多步復(fù)雜的化學(xué)過程的問題可考慮元素守恒法。.在一個具體的化學(xué)反應(yīng)中，由于反應(yīng)前后質(zhì)量不變，因此涉及到與質(zhì)量有關(guān)的問題可考慮質(zhì)量守恒法。四.習(xí)題練習(xí)練習(xí)1、有FeO FeQ的混合物若干克，在H2流中加熱充分反應(yīng)后，冷卻稱得剩余固體比原混合物減輕0.8g;若將同量的混合物與鹽酸反應(yīng)，欲使之完全溶解，需1mol/L 的鹽酸的體積至少為 ml。（答案：100ml

12、）練習(xí)2、有FeCl2,CuCl2混合溶液400ml,經(jīng)測定其中Cl-濃度為amol/L,投入過量的鋅粉bg,充分反應(yīng)后過濾，所得固體殘渣洗滌干燥后，質(zhì)量為 cg。求原混合液中 Fe2+,Cu2+的物質(zhì)的量濃度。(分析提示：向FeCl2,CuCl2混合溶液中投入過量鋅粉，充分反應(yīng)后過濾，濾液的成份是ZnCl2,固體殘渣的成份是Fe、Cu及剩余的Zn。若設(shè)剩余的及已反應(yīng)的鋅分別為nzn(i)及 nzn(2)mol,貝U:由電荷守恒有：2(n Fe2+ncu2+)=n ci-2nzn2+(2)=nci-?由質(zhì)量守恒有： Rle+RCu+mn(1) =Cmn(2) =b-mZn(1)0.- cC -

13、 3+1&答案：Fe 2+=mol/LCu2+=mol/L )練習(xí)3、用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8molCQ,所以溶液中的CO2-, HCO的物質(zhì)的 量濃度之比為。練習(xí)5.當(dāng)溶液中XO”離子與HO分子個數(shù)比為2: 5時，溶液中XO”離子中的X元 素恰好被還原成較低價態(tài)，HQ中的氧元素被氧化為Q,則X元素的化合價變?yōu)槎嗌伲? + 2)練習(xí)6.向100mlFeCl3溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H2S氣體2.24L,設(shè)HS全部被吸收后，再加入過量鐵粉，待反應(yīng)停止后，測得溶液中含有 0.6金屬陽離子，則原FeCl3 溶液的物質(zhì)的量濃度為多少？ ( 4mol 1)練習(xí)7.向KI溶液中滴入AgNO液直至完全反應(yīng)，過濾后濾液的質(zhì)量恰好與原溶液 質(zhì)量相等，則AgNO液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為多少？ ( 72.3%)例4,10g F e M g合金溶解在一定量的某濃度的稀硝酸中，當(dāng)金屬完全反應(yīng)后，收集到標(biāo)況下4.48LNO氣體(設(shè)HNO 3的還原產(chǎn)物只有NO)。在反應(yīng)后的溶液中加入足量的N a O H溶液，可得多少克沉淀 ?(20.2 g )解析