宜于从守恒角度解析的问题 山西榆次二中 白双桃 守恒法是中学化学常用的一种解题技巧，它不纠缠过程细节，即只看结果，不要过程，这样往往能抓住本质，突破难点，避繁就简，尤其在解选择题时，可节省做题时间，提高解题速率化学计算中常用到的守恒有得失电子守恒、质量守恒、电荷守恒等现将适宜于从守恒角度进行解析的常见问题例举如下：一、得失电子守恒得失电子守恒法常用于氧化还原反应中氧化产物、还原产物的判断及相关计算电子得失守恒式：氧化剂的物质的量×化学式中变价元素的原子个数×化合价的变化值 = 还原剂的物质的量×化学式中变价元素的原子个数×化合价的变化值 例1、250 mL 2.4 mol / L的Na2SO3溶液恰好把0.2 mol的还原，则X在还原产物中的化合价为多少？答案：+3价解析：设X在还原产物中的化合价为x，：根据氧化还原反应中得失电子守恒式得：2.4 mol / L×0.25 L×2＝0.2 mol×(6－x)×2，x＝3例2、在一定条件下，分别以高锰酸钾、氯酸钾和过氧化氢为原料制取氧气，当制得同温同压下相同体积的氧气时，三个反应中转移的电子数之比为（ ）A．1：1：1 B．4：3：2 C．2：3：1 D．2：2：1 答案：D解析：一般化学或离子方程式中氧化剂或氧化产物只有O2时，方程中有过氧化物参加或生成，反应或生成1molO2， 转移2mol电子。
方程中无过氧化物参加或生成，反应或生成1molO2， 转移4mol电子假设各生成1molO2，利用上述规律可得反应中转移的电子的物质的量分别为4mol、4mol、2mol，所以电子数之比为2：2：1 ，故选D．例3、5.12 g Cu和一定质量的浓硝酸反应，当Cu反应完时，共收集到标准状况下的气体3.36 L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？答案：0.896 L解析：铜失电子的物质的量 ＝ 硝酸得电子的物质的量 ＝ 还原产物NO、NO2消耗的氧气的电子的物质的量，省去中间计算过程，即可简化为：铜失电子的物质的量 ＝ 氧气得电子的物质的量则有：n(Cu)×2 ＝ n(O2)×4n(O2) ＝5.12 g/64 g·mol－1×2＝ 0.04 molV(O2) ＝ 0.04 mo×22.4L/mol ＝ 0.896 L例4、铜和镁合金4.6克完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原的产物只有4480ml的NO2和336mlN2O4（标况下），在反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，生成的沉淀质量（ ） A． 9.02g B． 8.51g C． 8.26g D． 7.04g 答案：B解析: 反应中铜镁合金失去电子,最终转化为 Cu(OH)2 和 Mg(OH)2 沉淀,比较始态和终态,固体增加的质量为OH-的质量,而OH- 的物质的量等于转移的电子的物质的量,再根据气体计算转移的电子的物质的量:n=4.48/22.4+(0.336/22.4)×2=0.23mol, 所以沉淀的质量为: 4.6+0.23×17=8.51 g，故选B.二、电荷守恒电荷守恒即电解质溶液中的阴离子所带的负电荷总数等于阳离子所带的正电荷总数，电荷守恒法适合已知溶液中几个离子的量，求另外一种离子的量的计算题，也适合缺数据而不能直接求解的混合物的计算题如比较溶液中离子浓度的大小。
电荷守恒法解题时的计算公式：阳离子所带电荷数×阳离子的浓度或物质的量或微粒个数==阴离子所带电荷数×阴离子的浓度或物质的量或微粒个数易错点：忘记乘以阴阳离子所带的电荷数例1、测得某溶液中仅含有Na+、 Mg2+ 、SO42－ 、Cl－四种离子，其中离子个数比Na+ : Mg2+ : Cl－ = 4:5:8，如假设Na+为4n个，则SO42－可能为：（ ）A． 2n个 B． 3n个 C． 6n个 D． 8n个答案：B解析：根据电荷守恒知4n×1＋5n×2＝8n×1+n(SO42－)×2,解得n(SO42－)＝3n,故选B.例2、某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物），将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：离子K+Na+NH4+SO42-NO3-Cl-浓度/mol.L4×10-66×10-62×10-54×10-53×10-52×10-5根据表中数据判断PM2.5的酸碱性为 ，试样的pH= 。
答案：酸性；4；解析：根据电荷守恒得c(K+)+ c(H+)+ c(Na+)+c(NH4+)= c(OH—)+ 2c(SO42—)+c(NO3—)+ cCl—),而c(OH—)·c(H+)=10-14,代入具体数据计算可得：c(OH—)=10-10mol/L，c(H+)=10-4 mol/L；故pH值为4，显酸性例3、常温下，将甲酸(HCOOH)与NaOH溶液混合，所得溶液的pH=7，则此溶液中( )A．c(HCOO－)＞c(Na+) B．c(HCOO－)＜c(Na+)C．c(HCOO－)＝c(Na+) D．无法确定c(HCOO－)和c(Na+)的大小关系答案：C解析：用电荷守恒法进行分析，混合后溶液中存在的离子共有HCOO－、Na+、H+、OH－ 四种，根据电荷守恒得出c(Na+)+c(H+)=c(HCOO－)+c(OH－) , 由于溶液的pH=7，溶液呈中性，则有c(H+)=c(OH－)，进而可推出c(Na+)=c(HCOO－)答案为C 三、原子守恒 原子守恒法的依据是基于化学反应前后原子的种类和数目不变的守恒现象原子守恒即反应前后各元素种类不变，各元素原子个数不变，其物质的量、质量也不变。
以此为基础可求出与该原子相关连的某些物质的数量(如质量)原子守恒是一切化学反应的依据例1、将0.8molCO2完全通入1L1mol/LNaOH溶液中充分反应后，所得溶液中HCO3-和CO32-的物质的量之比为（ ）A． 3：1 B． 2：1 C． 1：1 D． 1：3答案：A解析：因为反应前后质量守恒，原子的种类及数目不变，所以在反应中钠离子与碳原子守恒假设NaHCO3和Na2CO3的物质的量分别为X、Y，则根据碳原子守恒有X+Y＝0.8mol,根据钠原子守恒有X+2Y＝1mol，解之得X＝0.6mol、Y＝0.2mol故X：Y＝3：1,选A例2、有镁铁混合物12g,将其溶于500ml 4mol/L盐酸里，若要使沉淀质量达到最大值，则需要加入2mol/L KOH溶液的体积为（ ）A． 1000ml B． 500 ml C． 100ml D． 1500ml解析：根据Cl 、K原子守恒得 n(HCl) = n(KCl)= n(KOH) = 4mol·L－1×0.5 L =2 mol,故KOH溶液的体积为1000ml.例3、38.4 g铜跟适量的浓HNO3反应，铜全部作用后，共收集到标准状况下的气体22.4 L，反应消耗的HNO3物质的量可能为（ ）A．1.6mol B．2.0 mol C．2.2mol D．2.4 mol答案：C解析：经分析Cu与HNO3反应生成了Cu(NO3)2和NOx，不管生成的22.4 L气体为何成分，都是HNO3的还原产物。
在反应中HNO3起两种作用，一种是酸性，另一种是氧化性，由反应前后N原子守恒列出：n (消耗的HNO3) = n (酸性HNO3) + n (氧化性的HNO3)Cu——Cu(NO3)2——2HNO3（酸性） NOx —— HNO3（氧化性） 1 1 2 1 10.6mol 1.2 mol 1mol 1 mol反应中共消耗HNO3 1.2 mol + 1 mol = 2.2 mol故答案为C四、上述三个守恒的综合应用1、燃料电池电极反应式的书写：负极先根据电子守恒写出失去的电子数及产物，同时遵循变价元素的原子守恒，然后根据电荷守恒配H+ 或OH-，最后使用原子守恒配平正极一般是O2得电子，遵循1molO2得4mol电子，根据电解质溶液的酸碱性依据电荷守恒即可写出电极反应式例1、乙醇—氧气—H2SO4溶液负极：C2H5OH —12e― 2CO2 (左边12个正电荷，所以右边需配12 H+ ) C2H5OH —12e― 2CO2 + 12H+ （根据H 守恒左边配3H2O）C2H5OH —12e― +3H2O = 2CO2 + 12H+ 正极： O2 + 4e―+ 4H+ = 2H2O例2、乙醇—氧气—KOH溶液负极：C2H5OH —12e― 2CO32- (右边4个负电荷，所以左边需配16 OH- ) C2H5OH —12e― + 16 OH- 2CO32- （根据H 守恒右边配11H2O）C2H5OH —12e― + 16 OH- = 2CO32- + 11H2O正极：O2 + 4e―4OH-O2 + 4e―+2H2O = 4OH-2、配平化学方程式例1、在xR2+＋yH+＋O2＝mR3+＋nH2O的离子反应中，化学计量数x＝ _______。
解析：氧化剂O2得电子总数为2×2e，还原剂R2+ 失电子总数为x×(3－2)e，由电子守恒得：2×2＝x×(3－2)，x＝4例2、Cr2O7x－与S2- 能在酸性溶液中发生如下反应:aCr2O7x－＋bS2-＋cH＋ =dCr3＋＋eS↓＋fH2O,若b=3,d=2,则Cr2O7x－中Cr的化合价为（ ）A．+4 B．+5 C．+6 D．+7答案：C解析：aCr2O7x－＋bS2-＋cH＋ =dCr3＋＋eS↓＋fH2O,若b=3,由S守恒得e=3, 若d=2，由Cr守恒得a=1,进而由O守恒可知f=7, 由H守恒得c=14,原离子方程式为Cr2O7x－＋3S2-＋14H＋ =2Cr3＋＋3S↓＋7H2O，由电荷守恒得14-x-2×3=3×2,则x=2.所以Cr2O7x－中Cr的化合价为+6价练习：①高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型净水剂，制取高铁酸钠的离子反应方程式为：Fe3＋＋OH－＋Cl2→FeO42－＋Cl－＋H2O，该反应的离子方程式中H2O的化学计量数是（ ）A． 4 B． 6 C． 10 D． 8②Br－与BrO3－在酸性条件下可发生氧化还原反应生成Br2和水,请写出其离子方程式.答案：①D ②5Br－＋BrO3－＋6H＋= 3Br2＋3H2O 。