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1、1 浅谈守恒法在高中化学计算中的应用浅谈守恒法在高中化学计算中的应用 化学组化学组 舒少华舒少华 化学反应的实质是原子间重新组合，依据质量守恒定律在化学反应中存在一系列守恒 现象，如：质量守恒、原子守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等，利用这些守恒 关系解题的方法叫做守恒法。守恒的实质：利用物质变化过程中某一特定的量固定不变而 找出量的关系，基于宏观统览全局而避开细枝末节，简化步骤，方便计算。通俗地说，就 是抓住一个在变化过程中始终不变的特征量来解决问题。目的是简化步骤，方便计算。下 面我就结合例题列举守恒法在化学计算中常见的应用。 一、质量守恒 质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不
2、变，在配制或稀释溶液的过程中，溶 质的质量不变。 例 1.反应 A + 3B = 2C,若 7g A 和一定量 B 完全反应生成 8.5g C，则 A、B、C 的相对分 子质量之比为（ ） 。 A、14:3:17 B、28:2:17 C、1:3:2 D、无法确定 答案：B 例 2.A、B、C 三种物质各 15 g，发生如下反应：ABCD 反应后生成 D 的质量为 30 g。然后在残留物中加入 10 g A，反应又继续进行，待反应 再次停止，反应物中只剩余 C，则下列说法正确的是( ) A.第一次反应停止时，剩余 B 9 g B.第一次反应停止时，剩余 C 6 g C.反应中 A 和 C 的质量
3、比是 53 D.第二次反应后，C 剩余 5 g 答案：D 解析：第一次反应 A 不足，因为第一次反应后加入 A 又能进行第二次反应。第二次 反应后，只剩余 C，说明 A、B 恰好完全反应。则： m反(A)m反(B) = (15 g10 g)15 g = 53 第一次反应耗 B 的质量 mB为：15 gmB=53，mB=9 g 即第一次反应后剩余 B 质量为：15 g9 g=6 g。 可见(A)选项不正确。 根据 mAmBmC=mD ，可知生成 30 g D 时消耗 C 的质量。 mC=30 g15 g9 g=6 g 即第一次反应后剩余 C 质量为：15 g6g=9g。 又见(B)选项不正确。
4、易见反应消耗 A、B、C 质量之比为：mAmBmC=15 g9 g6g=532 (C)选项不正确。 2 二、原子守恒 原子守恒即系列反应中某原子(或原子团)个数(或物质的量)不变。以此为基础可求出 与该原子(或原子团)相关连的某些物质的数量(如质量)。 例 31L1mol/L 的 NaOH 溶液中，通入 0.8molCO2，完全反应后，溶液中 CO32-和 HCO3-离子 的物质的量之比大约为（ ） A、2：1 B、1：1 C、1：2 D、1：3 答案:D 例 4.某露置的苛性钾经分析含水：7.62%(质量分数，下同)、K2CO3：2.38%、KOH ：90.00%。取此样品 1.00 g 放
5、入 46.00 mL 1.00 molL1 的 HCl(aq) 中，过量的 HCl 可用 1.070 mol/L KOH(aq)中和至中性，蒸发中和后的溶液可得固体_克。 答案：3.43 g 提示：根据 Cl 原子守恒得：n(KCl) = n(HCl) = 1.00 molL10.04600 L = 4.60102 mol，m(KCl) 易求。 例 5：有 0.4g 铁的氧化物， 用足量的 CO 在高温下将其还原，把生成的全部 CO2通入到足 量的澄清的石灰水中得到 0.75g 固体沉淀物，这种铁的氧化物的化学式为（ ） A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Fe4O5 答案
6、：B 解析 由题意得知，铁的氧化物中的氧原子最后转移到沉淀物 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) =0.005mol。n(Fe)n(O)=2:3，选 B 例 6 将几种铁的氧化物的混合物加入 100mL、7molL1的盐酸中。氧化物恰好完全溶解， 在所得的溶液中通入 0.56L（标况）氯气时，恰好使溶液中的 Fe2+完全转化为 Fe3+，则该混 合物中铁元素的质量分数为 （ ） A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6%
7、答案：B 解析 铁的氧化物中含 Fe 和 O 两种元素，由题意，反应后，HCl 中的 H 全在水中，O 元素全部转化为水中的 O，由关系式：2HClH2OO，得：n（O）= ，m（O）=0.35mol16gmol1=5.6 g； molmolHCln35 . 0 7 . 0 2 1 )( 2 1 而铁最终全部转化为 FeCl3，n（Cl）=0.56L 22.4L/mol2+0.7mol=0.75mol，n（Fe）=，m(Fe) molmolCln25 . 0 75 . 0 3 1 )( 3 1 =0.25mol56gmol1=14 g，则，选 B。 % 4 . 71%100 6 . 514 1
8、4 )( gg g Fe 例 7现有 19.7 g 由 Fe、FeO、Al、Al2O3组成的混合物，将它完全溶解在 540 mL 2.00 molL1的 H2SO4溶液中，收集到标准状况下的气体 8.96 L。已知混合物中， 3 Fe、FeO、Al、Al2O3的质量分数分别为 0.284、0.183、0.274 和 0.259。欲使溶液中的金属 阳离子完全转化为氢氧化物沉淀，至少应加入 2.70 molL1的 NaOH(aq)体积是 _。 答案：800 mL 提示：根据 Na 原子守恒和 SO守恒得如下关系： 2 4 2NaOH Na2SO4 H2SO4 则：n(NaOH) = 2n(H2SO
9、4) c(NaOH)V NaOH(aq) = 2c(H2SO4)V H2SO4(aq) V NaOH(aq)可求。 三、电荷守恒 电荷守恒即对任一电中性的体系，如化合物、混和物、溶液、胶体等，电荷的代数和 为零，即正电荷总数和负电荷总数相等。 例题 8将 CaCl2 和 CaBr2 的混合物 13.400 g 溶于水配成 500.00 mL 溶液，再 通入过量的 Cl2，完全反应后将溶液蒸干，得到干燥固体 11.175 g。则原配溶液中， c(Ca2)c(Cl)c(Br)为 A.321B.123C.132D.231 答案：D 解题思路：1 个 Ca2 所带电荷数为 2，则根据溶液中阳离子所带正
10、电荷总数等于阴离 子所带负电荷总数，知原溶液中： 2n(Ca2) = n (Cl) n (Br) 将各备选项数值代入上式进行检验可知答案。 例 9：(1)中学教材上图示了 NaCl 晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。 NiO(氧化镍)晶体的结构与 NaCl 相同，Ni2与最近 O2的核间距离为 a108cm，计算 NiO 晶体的密度(已知 NiO 摩尔质量为 74.7 gmol1)。 4 (2)天然的和绝大部分人工制备的晶体，都存在各种缺陷，例如在某种 NiO 晶体中就存 在如图 11 所示的缺陷：一个 Ni2空缺，另有两个 Ni2被两个 Ni3所取代。其结果晶体 仍呈电中性，但化合物中
11、 Ni 和 O 的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为 Ni0.97O，试计 算该晶体中 Ni3与 Ni2的离子数之比。 答案：(1) (2)691 A Na2)cm10( molg7 .74 38 1 提示：由题得 NiO 晶体结构(如右图)。其体积为： V = (a108cm)3 右图向三维空间延伸，它平均拥有的 Ni2、O2数目为： N(Ni2) =N(O2) =4 =N(NiO) 8 1 2 1 由密度公式得： (NiO) =。 A 38 1 2)cm10(a molg 7 . 74 )NiO( )NiO( )NiO( )NiO( NV M V m - m (2)(电荷守恒法)设 1
12、mol Ni0.97O 中含 Ni3物质的量为 x，则 Ni2的物质的量为 (0.97 molx)；根据电荷守恒得： 3x2(0.97 molx)=1 mol2x=0.06 mol N(Ni3)N(Ni2)=0.06 mol(0.97 mol0.06 mol)=691 例 10 将 8g Fe2O3投入 150mL 某浓度的稀硫酸中，再投入 7g 铁粉收集到 1.68L H2（标 准状况） ，同时，Fe 和 Fe2O3均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀， 共消耗 4mol/L 的 NaOH 溶液 150mL。则原硫酸的物质的量浓度为（ ） A. 1.5mol/L B. 0.
13、5mol/L C. 2mol/L D. 1.2mol/L 答案：C 解析 粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如 能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有 Na2SO4存于溶液中，且反应过 程中 SO42并无损耗，根据电荷守恒原则：n（SO42）=n（Na+） ，则原硫酸的浓度为： 2 1 2mol/L，故选 C。 四：电子得失守恒法（或化合价升降守恒法） 电子得失守恒法即化学反应中(或系列化学反应中)氧化剂所得电子总数等于还原剂所 失电子总数，无论是自发进行的氧化-还原反应还是原电池或电解池均如此 例 11 一定条件下 RO3n-和 I-间反应： R
14、O3n-6I- 6H+ = R-323H2O， 则 RO3n中 R 元素的化合价为： 答案：+5 例 12 某稀硝酸溶液中，加入 5.6g 铁粉充分反应后，铁粉全部溶解，生成 NO，溶液质 量增加 3.2g，所得溶液中 Fe2+和 Fe3+物质的量之比为 （ ） A. 41 B. 21 C. 11 D. 32 5 答案：0.100 molL1 解析 设 Fe2+为 xmol，Fe3+为 ymol，则： x+y=0.1（Fe 元素守恒） 56 6 . 5 2x+3y=（得失电子守恒） 3 30 2 . 36 . 5 得：x=0.06mol，y=0.04mol。则 xy=32。故选 D。 例 13
15、.将 3.48 g 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全部转化为 Fe3，且 Cr2O全部转化为 Cr3。则 2 7 K2Cr2O7 的物质的量浓度为_。 提示：Fe3O4中 2 价铁所失电子物质的量与 Cr2O 中6 价铬所得电子物质的量 2 7 相等。 (32)= 0.02500 Lc(Cr2O)(63)2。 1 molg232 g48 . 3 2 7 例题 14 将 CaCl2 和 CaBr2 的混合物 13.400 g 溶于水配成 500.00 mL 溶液，再 通入过量的 Cl2，完全反应后将溶液蒸干，得到干燥固体 11.175 g。则原配溶液中， c(Ca2)c(Cl)c(Br)为 A.321B.123C.132D.231 答案：D 解题思路：1 个 Ca2 所带电荷数为 2，则根据溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离 子所带负电荷总数，知原溶液中： 2n(Ca2) = n (Cl) n (Br) 将各备选项数值代入上式进行检验可知答案。 守恒法是高考中常考常用的一种解题方法。恰当
