專題10 守恒法在中學(xué)化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用（講解）-2019年初中升高中化學(xué)銜接教學(xué)案（解析版）

專題10守恒法在中學(xué)化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用一切物質(zhì)的組成與轉(zhuǎn)化均遵循著“守恒”規(guī)則，守恒關(guān)系不隨微粒的組合方式或轉(zhuǎn)化歷程而改變。因此解題時(shí)可不追究中間過程，直接利用守恒關(guān)系列出等式求解或觀察估算。但是，有些題目中的守恒關(guān)系不明顯，解題時(shí)要善于發(fā)現(xiàn)題中特有的“恒等關(guān)系”，有時(shí)還需打破常規(guī)思維才能挖掘隱含關(guān)系。守恒法的主要類型有：一、質(zhì)量守恒典例1在一密閉容器中有X、Y、Z、W四種物質(zhì)，在一定條件下充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量如下表所示。下列說法中正確的是（）物質(zhì)XYZW反應(yīng)前的質(zhì)量/g810121反應(yīng)后的質(zhì)量/g021待測(cè)9A．反應(yīng)后Z的質(zhì)量為9g

B．反應(yīng)中Y與W發(fā)生改變的質(zhì)量比為1：1C．反應(yīng)生成Y的質(zhì)量為11g

D．Z在該反應(yīng)中作催化劑【答案】C【解析】X質(zhì)量反應(yīng)后減少，是反應(yīng)物且參加反應(yīng)的質(zhì)量為：8g-0=8g，Y的質(zhì)量反應(yīng)后增加了，是生成物，且生成了21g-10g=11g，W質(zhì)量反應(yīng)后減少屬于反應(yīng)物，參加反應(yīng)的質(zhì)量為：21g-9g=12g，由參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和，可知Z屬于生成物，且生成的質(zhì)量為：8g+12g-11g=9g，所以Z的待測(cè)質(zhì)量為：9g+1g=10g。二、化合物中元素正負(fù)化合價(jià)總數(shù)相等（化合價(jià)守恒）典例2生活中，菠菜和豆腐不宜同時(shí)食用，容易形成不溶性草酸鈣（CaC2O4）在體內(nèi)形成結(jié)石。草酸鈣中碳元素的化合價(jià)是（）A．+2 B．+3 C．+4 D．-2【答案】B【解析】在草酸鈣（CaC2O4）中，鈣元素顯+2價(jià)，氧元素顯-2價(jià)，設(shè)：碳元素的化合價(jià)是x，根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，可得：（+2）+2x+（-2）×4=0，則x=+3價(jià)。故選B。三、電解質(zhì)溶液中陽離子所帶正電荷總數(shù)與陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)相等（電荷守恒）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)。即：陽離子物質(zhì)的量(或濃度)與其所帶電荷數(shù)乘積的代數(shù)和等于陰離子物質(zhì)的量(或濃度)與其所帶電荷數(shù)乘積的代數(shù)和。典例3溶液中存在有五種離子，其中各離子個(gè)數(shù)比Cl－∶SO42－∶Fe3+∶K+∶M＝2∶3∶1∶3∶1，

則M為（）A．CO32－B．Mg2+C．Na+D．Ba2+【答案】C【解析】根據(jù)溶液中各離子個(gè)數(shù)比Cl－∶SO42－∶Fe3+∶K+∶M＝2∶3∶1∶3∶1，負(fù)電荷總數(shù)8比正電荷總數(shù)6多，因此M為陽離子，電荷數(shù)為2，選B。典例4（2017海南）在酸性條件下，可發(fā)生如下反應(yīng)：+2M3++4H2O=+Cl-+8H+，中M的化合價(jià)是A．+4 B．+5 C．+6 D．+7【答案】C【解析】根據(jù)電荷守恒，n=2，則中M的化合價(jià)是+6。四、化學(xué)反應(yīng)前后同種元素的原子個(gè)數(shù)相等（原子守恒）典例5向一定量的FeO、Fe、FeO的混合物中加入100mL1mol·L的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體，在所得溶液中經(jīng)檢驗(yàn)無Fe。若用足量的CO在高溫下還原相同質(zhì)量的此混合物，能得到鐵的質(zhì)量是A.11.2g B.5.6g C.【答案】C【解析】向一定量的FeO、Fe、Fe3O4的混合物中加入100mL1mol·L-1的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體，在所得溶液中經(jīng)檢驗(yàn)無Fe3+，說明生成了FeCl2，典例6寶鋼湛江鋼鐵基地項(xiàng)目位于湛江市東海島，2015年11月一號(hào)高爐點(diǎn)火生產(chǎn)鋼鐵。在煉鐵工業(yè)中，常用石灰石將鐵礦石中的雜質(zhì)二氧化硅轉(zhuǎn)化為爐渣除去，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CaCO3+SiO2X+CO2↑，其中X的化學(xué)式是（）A．CaSiO4 B．Ca2SiO3 C．CaSi2O3 D．CaSiO3【答案】D【解析】由質(zhì)量守恒定律：反應(yīng)前后，原子種類、數(shù)目均不變，由反應(yīng)的化學(xué)方程式CaCO3+SiO2X+CO2↑，反應(yīng)前鈣、碳、氧、硅原子個(gè)數(shù)分別為1、1、5、1，反應(yīng)后的生成物中鈣、碳、氧、硅原子個(gè)數(shù)分別為0、1、2、0，根據(jù)反應(yīng)前后原子種類、數(shù)目不變，則每個(gè)X分子由1個(gè)鈣原子、1個(gè)硅原子和3個(gè)氧原子原子構(gòu)成，則物質(zhì)X的化學(xué)式為CaSiO3．五、氧化還原反應(yīng)中得失電子相等（電子守恒）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)。典例7在一定條件下，PbO2與Cr3+反應(yīng)，產(chǎn)物是Cr2O72-和Pb2+，則與1molCr3+反應(yīng)所需的PbO2物質(zhì)的量是：A.3.0molB.1.5molC.1.0molD.0.75mol【答案】B【解析】1molCr3+反應(yīng)生成Cr2O72-，失去3mol電子，1molPbO2反應(yīng)中得2mol電子，因此所需的PbO2物質(zhì)的量是1.5mol。六、溶液稀釋、濃縮、混合前后溶質(zhì)質(zhì)量或物質(zhì)的量相等（溶質(zhì)守恒）典例80℃時(shí)，對(duì)100g5%的食鹽溶液做如下處理，求所得溶液溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（假設(shè)每次增加的溶質(zhì)都完全溶解，列式計(jì)算，結(jié)果保留一位小數(shù)）（1）蒸發(fā)20g水后，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？（2）增加10gNaCl后，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？【解答】解：20℃時(shí)，對(duì)100g5%的食鹽溶液中溶質(zhì)質(zhì)量為5g；（1）蒸發(fā)水20g時(shí)溶質(zhì)質(zhì)量不變，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%＝6.25%；（2）增加10g氯化鈉后，則溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%≈13.6%；【答案】（1）蒸發(fā)20克水后，所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.25%；（2）增加10克食鹽后，所得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是13.6%．課后練習(xí)1、在臭氧發(fā)生器中裝入100mLO2，經(jīng)反應(yīng)3O2===2O3，最后氣體體積變?yōu)?5mL(體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定)，則反應(yīng)后混合氣體的密度為________g·L－1?！敬鸢浮?.5【解析】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100mLO2的質(zhì)量。則反應(yīng)后混合氣體的密度為：ρ＝(eq\f(0.1L,22.4L·mol－1)×32g·mol－1)÷0.095L≈1.5g·L－1。2、有一塊鋁、鐵合金，溶于足量的鹽酸中再用過量的NaOH溶液處理，將產(chǎn)生的沉淀過濾、洗滌、干燥、灼燒，完全變成紅色粉末，經(jīng)稱量紅色粉末和合金質(zhì)量恰好相等，則合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為()A．60%B．50%C．40%D．30%【答案】D【解析】試題中物質(zhì)的變化如下圖所示：在反應(yīng)過程中，F(xiàn)e元素的質(zhì)量是守恒的，且m(Al，F(xiàn)e)＝m(Fe2O3)。[來源:Z#xx#k.Com]合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Fe2O3中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等。鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝eq\f(3×16,2×56＋3×16)×100%＝30%。3、由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液，其pH＝1，c(Al3＋)＝0.4mol·L－1，c(SOeq\o\al(2－,4))＝0.8mol·L－1，則c(K＋)為()A．0.15mol·L－1B．0.2mol·L－1C．0.3mol·L－1D．0.4mol·L－1【答案】C【解析】根據(jù)溶液中電荷守恒的原則，建立如下等式：c(H＋)＋c(K＋)＋3c(Al3＋)＝2c(SOeq\o\al(2－,4))，即0.1mol·L－1＋c(K＋)＋3×0.4mol·L－1＝2×0.8mol·L－1，則c(K＋)＝0.3mol·L－1，故答案為C。4、導(dǎo)悟5Na2Sx在堿性溶液中可被NaClO氧化為Na2SO4，而NaClO被還原為NaCl，若反應(yīng)中Na2Sx與NaClO的物質(zhì)的量之比為1∶16，則x的值為()A．2B．3C．4D．5【答案】D【解析】本題考查在氧化還原反應(yīng)中用得失電子守恒來進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。eq\o(Na2Sx,\s\up6(－2/x))→xNa2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4Naeq\o(Cl,\s\up6(＋1))O→Naeq\o(Cl,\s\up6(－1))得關(guān)系式1×(6x＋2)e－＝16×2e－，x＝5。5、mM＋nH＋＋O2=xM2＋＋yH2O，則x值為()A2B．4C【答案】A【解析】本題可以利用得失電子守恒求解，也可以利用電荷守恒求解。據(jù)得失電子守恒有2x＝4，即x＝2。若利用電荷守恒求解，則有y＝2(氧原子守恒)，n＝4(氫原子守恒)，4×1＝2x(電荷守恒)，即x＝2。6、有一在空氣中暴露過的KOH固體，經(jīng)分析知其內(nèi)含水7.12%，K2CO32.88%，KOH90%，若將此樣品1g加入到46.00mL的1mol·L－1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________g?！敬鸢浮?.427【解析】過程中發(fā)生的反應(yīng)很多，但仔細(xì)分析可知：蒸發(fā)溶液后所得固體為KCl，其Cl－全部來自于鹽酸中的Cl－，在整個(gè)過程中Cl－守恒。即n(KCl)＝n(HCl)；故m(KCl)＝0.046L×1mol·L－1×74.5g·mol－1＝3.427g。7、現(xiàn)有10℃時(shí)20%的碳酸鈉溶液150g，則（1）從該溶液中取出50g，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，其中含水40g。（2）將剩余溶液蒸發(fā)20g水后，其溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是25%。【分析】溶液稀釋前后，溶質(zhì)的質(zhì)量不變，可以根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)要依據(jù)蒸發(fā)前后溶液的溶質(zhì)質(zhì)量不變進(jìn)行解答。【解