守恒法在化學計算中的運用

摘要：“守恒法”的實質(zhì)是將化學反應中的某些守恒關系，運用于化學計算來解決化學問題的一種方法。其優(yōu)點是基于反應前后呈守恒關系的量，不去探索中間變化的過程，這是一種整體思維模式。守恒思想貫穿于中學化學始終，守恒法的靈活運用能夠簡化解題過程，從而快速準確地解答計算題。

關鍵詞：質(zhì)量守恒；電荷守恒；電子得失守恒

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）07-050-01

化學反應的實質(zhì)是化學鍵的破舊立新過程，一切化學反應均遵循質(zhì)量守恒定律。凡是涉及到物質(zhì)的量方面的計算，一般都可找到相應的守恒關系，都可應用守恒關系求解。運用“守恒法”解題，只要抓住變化中的某一特定的量，根據(jù)“守恒原理”建立相應的代數(shù)方程，即可一次求解。守恒法常見的類型有：質(zhì)量守恒、電荷守恒、得失電子守恒等。涉及物質(zhì)、化學反應和化學反應方程式等繁多的內(nèi)容。若改變一點一滴只見樹葉不見樹干式的學習方式，讓其內(nèi)容呈現(xiàn)出合理的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，就可以產(chǎn)生出積極的整體效應。

一、質(zhì)量守恒

宏觀表現(xiàn)：參加化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量之和。

微觀表現(xiàn)：變化前后同種元素的原子個數(shù)守恒。

例1、在臭氧發(fā)生器中裝入100mLO2，經(jīng)反應3O2≒2O3，最后氣體變?yōu)?5mL（體積在標準狀況下測定），則反應后混合氣體的密度為多少？

解析:根據(jù)質(zhì)量守恒定律：反應前后容器中缸體的質(zhì)量不變，等于反應前100毫升氧氣的質(zhì)量，則反應后混合氣體的密度為0.1L／22.4L．mol-1 ×32g．mol-1／0.095L ＝1.5g.mol-1

例2、0.1 mol某烴在20L(標況)過量O2中完全燃燒后，將生成的混合氣體與足量的Na2O2反應增重15g，剩余氣體為14.4 L(標況)，則該烴為( )

A．C2H6B．C3H6C．C4H8D．C5H10

解析：0.1 mol烴和20L O2的質(zhì)量中有15g進入固體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律有：0.1 mol·M(烴) g·mol-1+20 L/22.4 L·mol-1×32 g·mol-1 = 15g +14.4 L/22.4 L·mol-1×32 g·mol-1解得：M(烴)=70 g·mol-1

例3：將一定量的Fe和Fe2O3的混合物放入2mol.L-1的HNO3溶液25mL中，反應完全后，無固體剩余，生成224mLNO氣體(標準狀況下)，再向反應后的溶液中加入1mol.L-1的NaOH溶液，要使鐵元素全部深沉下來，要加NaOH溶液的體積最少是多少？

解析：由守恒可知，要使鐵元素全部深沉下來，所得溶液為NaNO3，根據(jù)氮元素守恒可知:n(NO3-)=n(Na＋)=2×0.025-224／22400=0.04mol，所以需要NaOH溶液的體積為:0.04／1=0.04L

例4：銅和鎂的合金4.6g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產(chǎn)生4480mL的NO2氣體和336mL N2O4氣體(折算成標準狀況)，在反應后的溶液中，加入足量的NaOH溶液，生成沉淀的質(zhì)量為多少？

解析：因為金屬都是+2價，可推知每摩爾金屬還原得2 molNO2.所以兩金屬總的物質(zhì)的量為(4480+336×2)／44800=0.115 mol，兩種氫氧化物的總質(zhì)量可用于金屬質(zhì)量加上氫氧根離子質(zhì)量來計算：4.6g+0.115 mol×2×17 g.mol-1=8.51g

二、電荷守恒

1、在電解質(zhì)溶液中，陰離子所帶總負電荷數(shù)與陽離子所帶總正電荷數(shù)必須相等。

2、在離子方程式中，反應物所帶電荷總數(shù)與生成物所帶電荷總數(shù)必須相等電性相同。

例5、1L混合溶液中含SO42-0.25 mol；Cl－0.5 mol; NO3-0.25 mol；Na+0.25 mol；其余為H+.則H+的物質(zhì)的量濃度為多少？

解析：任何溶液都呈電中性，溶液中電荷守恒:

n(Na+)+n(H+)=n(SO42-)×2+n(Cl－)+n(NO3-)代入數(shù)據(jù)得n(H+)=1.0 mol故C(H+)=1.0 mol·L-1

例6、硫酸鎂、硫酸鋁兩種物質(zhì)組成的混合溶液100ml中，SO42-的物質(zhì)的量濃度為0.20 mol·L-1，加入0.5 mol·L-1的NaOH溶液到生成的白色沉淀恰好不再溶解為止，消耗NaOH溶液的體積為100ml。過濾，在所得濾液中AlO2-的物質(zhì)的量濃度為（忽略溶液混合體積的變化）

A． 0.025 mol·L-1B．0.05 mol·L-1C．0.10 mol·L-1 D．0.25 mol·L-1

解析：在溶液中存在著離子的電荷守恒和物料守恒，涉及到溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度等問題可考慮電荷守恒法和物料守恒法；當加入NaOH溶液至白色沉淀不再溶解為止時，所得濾液中的溶質(zhì)只有Na2SO4和NaAlO2，根據(jù)電荷守恒和物料守恒：

n(SO42-)= 0.1L×0.2 mol·L-1 =0.02mol

n(Na+)= n(NaOH)= 0.5 mol·L-1 ×0.1L =0.05mol

n(AlO2-)=(0.05-0.02×2)mol= 0.01 mol

c(AlO2-)=0.01 mol/0.2L=0.05 mol·L-1

三、電子得失守恒

在氧化還原反應中，（1）氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)。（2）元素化合價降低的總數(shù)等于元素化合價升高的總數(shù)。守恒法的最大優(yōu)點就是基于宏觀的總攬全局的方法建立“物質(zhì)的量的關系”，這種方法省略了書寫化學方程式或變化的中間過程，只要注意問題始態(tài)與終態(tài)之間某種守恒關系，建立等式即可求解，從而達到了巧解速解的目的。