守恒法讓化學高考計算快人一步

張永富

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內，時間決定成敗.大多數考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據，尋找某種恒等關系解題的基本思路.其特點是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復雜的化學反應方程式，提高解題速度和準確度.同時守恒法的應用也是歷年高考的重點.守恒法解題的關鍵是尋找守恒關系，列代數方程式求未知數.

一、質量守恒法：其依據是化學反應前后各物質的質量總和不變.

例1 某固體物質X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現測得生成的混合氣體在標準狀況下的體積為500 mL，質量為0.51克，則X的摩爾質量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質量是指1 mol X所具有的質量.標準狀況下，500 mL氣體的物質的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質的量為2 mol，產物的物質的量之和為7 mol，質量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質量守恒定律得，2 mol X質量也為159.95 g，所以，X得摩爾質量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項為B.

二、體積守恒法：其依據是某些化學反應反應前后氣體分子數不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應，恢復到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應的反應式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強，無法判斷哪種物質過量，這道題似乎無答案.但從反應式可看出，該反應反應前后氣體分子數相等，不管CS2是否完全反應，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據是某變化過程中原子數不變.

例3 標準狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數據，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質的量之差就等于乙炔的物質的量.所以，乙炔的物質的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據是在化學變化中，某離子的物質的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因為n（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據是氧化反應過程中，氧化劑得到的電子數等于還原劑失去的電子數.

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標準狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數等于氧氣得到的電子總數.

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標準狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據是化合物中正負化合價代數和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標準狀況），在反應后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質量等于合金的質量加上倆金屬離子所結合的OH-的質量.將N2O4折算成NO2，相當于共生成二氧化氮氣體0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據化合物中正負化合價代數和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據是化學變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉化為Fe3+.則該氧化物的化學式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應過程較復雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結合生成水；鐵元素則全部轉化為Fe3+，和全部氯原子結合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項為D.

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內，時間決定成敗.大多數考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據，尋找某種恒等關系解題的基本思路.其特點是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復雜的化學反應方程式，提高解題速度和準確度.同時守恒法的應用也是歷年高考的重點.守恒法解題的關鍵是尋找守恒關系，列代數方程式求未知數.

一、質量守恒法：其依據是化學反應前后各物質的質量總和不變.

例1 某固體物質X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現測得生成的混合氣體在標準狀況下的體積為500 mL，質量為0.51克，則X的摩爾質量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質量是指1 mol X所具有的質量.標準狀況下，500 mL氣體的物質的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質的量為2 mol，產物的物質的量之和為7 mol，質量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質量守恒定律得，2 mol X質量也為159.95 g，所以，X得摩爾質量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項為B.

二、體積守恒法：其依據是某些化學反應反應前后氣體分子數不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應，恢復到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應的反應式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強，無法判斷哪種物質過量，這道題似乎無答案.但從反應式可看出，該反應反應前后氣體分子數相等，不管CS2是否完全反應，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據是某變化過程中原子數不變.

例3 標準狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數據，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質的量之差就等于乙炔的物質的量.所以，乙炔的物質的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據是在化學變化中，某離子的物質的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因為n（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據是氧化反應過程中，氧化劑得到的電子數等于還原劑失去的電子數.

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標準狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數等于氧氣得到的電子總數.

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標準狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據是化合物中正負化合價代數和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標準狀況），在反應后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質量等于合金的質量加上倆金屬離子所結合的OH-的質量.將N2O4折算成NO2，相當于共生成二氧化氮氣體0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據化合物中正負化合價代數和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據是化學變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉化為Fe3+.則該氧化物的化學式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應過程較復雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結合生成水；鐵元素則全部轉化為Fe3+，和全部氯原子結合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項為D.

高考是知識、能力與技巧的較量，在有限的時間內，時間決定成敗.大多數考生不是不會做高考題，而是時間不夠，尤其是理綜考試，很難完成全卷. “守恒法”解題就是以某種守恒作為依據，尋找某種恒等關系解題的基本思路.其特點是可以避開某些繁瑣的中間過程，避免書寫復雜的化學反應方程式，提高解題速度和準確度.同時守恒法的應用也是歷年高考的重點.守恒法解題的關鍵是尋找守恒關系，列代數方程式求未知數.

一、質量守恒法：其依據是化學反應前后各物質的質量總和不變.

例1 某固體物質X加熱分解2X=Y+2Z+4W，生成物均為氣體，現測得生成的混合氣體在標準狀況下的體積為500 mL，質量為0.51克，則X的摩爾質量約為（ ）.

A.22.85 g/mol B.79.97 g/mol

C.159.94 g/mol D.45.69 g/mol

解析 X的摩爾質量是指1 mol X所具有的質量.標準狀況下，500 mL氣體的物質的量為500 mL÷22400 mL/mol=5/224 mol，混合氣體平均摩爾質量為0.51 g÷5/224 mol=22.85 g/mol.若X的物質的量為2 mol，產物的物質的量之和為7 mol，質量為7 mol×22.85 g/mol=159.95 g，由質量守恒定律得，2 mol X質量也為159.95 g，所以，X得摩爾質量約為159.95 g÷2 mol≈79.97 g/mol.正確選項為B.

二、體積守恒法：其依據是某些化學反應反應前后氣體分子數不變.

例2 將10 g CS2在11.2 L氧氣中充分反應，恢復到原狀況.求所得混合氣體的體積.

解析 該反應的反應式為：

CS2（l）+3O2（g）CO2（g）+2SO2（g）.

不知溫度壓強，無法判斷哪種物質過量，這道題似乎無答案.但從反應式可看出，該反應反應前后氣體分子數相等，不管CS2是否完全反應，氣體在相同狀況下的體積是定值.因此，不用計算，所得混合氣體的體積為11.2 L.

三、原子守恒法：其依據是某變化過程中原子數不變.

例3 標準狀況下，甲烷、一氧化碳和乙炔的混合氣體8.96 L，完全燃燒生成二氧化碳26.4 g，求混合氣體中乙炔的體積.

解析 混合氣體物質的量為8.96 L÷22.4 L/mol=0.4 mol；26.4 g二氧化碳的物質的量為26.4 g÷44 g/mol=0.6 mol.三種氣體混合，只給兩個數據，似乎條件不足.由碳原子守恒可知，1 mol CH4和CO燃燒均生成1 mol CO2，而1 mol C2H2燃燒生成2 mol CO2，顯然，CO2與原混合氣體物質的量之差就等于乙炔的物質的量.所以，乙炔的物質的量為：0.6 mol-0.4 mol=0.2 mol.乙炔的體積為4.48 L.

四、離子守恒法：其依據是在化學變化中，某離子的物質的量不變.

例4 將a g Fe2O3、Al2O3樣品溶解在過量的200 mL pH=1的硫酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液，使Fe3+、Al3+剛好沉淀完全，用去NaOH溶液100 mL，求NaOH溶液的濃度.

解析 當Fe3+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中溶質只有硫酸鈉，而Na+全部來源于NaOH，且變化過程中Na+的量不變.因為n（Na+）∶n（SO2-4）=2∶1，所以，n（NaOH）=n（Na+）=2n（SO2-4）=（H+），c（NaOH）=200 mL×0.1 mol/L÷100 mL=0.2 mol/L

五、電子守恒法：其依據是氧化反應過程中，氧化劑得到的電子數等于還原劑失去的電子數.

例5 將0.02 mol銅片投入一定量濃度的足量硝酸中使其充分反應，用燒瓶收集全部氣體.將燒瓶倒立于水槽中，再慢慢通入一定量氧氣，燒瓶中恰好充滿水.求通入的氧氣在標準狀況下的體積.

解析 硝酸被銅還原得到的氣體成分較復雜，有一氧化氮，也有二氧化氮.由關系式4NO2+O2+2H2O4HNO3和4NO+3O2+2H2O4HNO3可知，在“燒瓶中恰好充滿水”的過程中，只有氧氣是氧化劑，而在NO2和NO的生成過程中，只有銅做還原劑.所以，銅失去的電子總數等于氧氣得到的電子總數.

n（O2）= 0.02 mol×2÷4=0.01 mol， 標準狀況下的體積是： 0.01 mol×22.4 L/mol=0.224 L

六、化合價守恒：依據是化合物中正負化合價代數和為零.

例6 銅和鎂的合金4.6 g完全溶于濃硝酸，若反應中硝酸被還原只產生4480 mL的NO2氣體和336 mL的N2O4氣體（都已折算成標準狀況），在反應后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，求生成沉淀的質量.

解析 最終生成的沉淀是Mg（OH）2和Cu（OH）2，其質量等于合金的質量加上倆金屬離子所結合的OH-的質量.將N2O4折算成NO2，相當于共生成二氧化氮氣體0.23 mol，由氮元素化合價變化可知，合金形成金屬陽離子共失去0.23 mol e-，根據化合物中正負化合價代數和為零，使金屬離子沉淀共需0.23 mol OH-.所以，生成沉淀的質量為：4.6 g+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g.

七、元素守恒法：依據是化學變化過程中，同種元素的存在形式可以不同，但其質量不變.

例7 某鐵的氧化物，用7 mol/L的鹽酸100 mL在一定條件下恰好完全溶解，所得溶液再通入0.56 L氯氣時，剛好使溶液中Fe2+完全轉化為Fe3+.則該氧化物的化學式是 （ ）.

A. FeO B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7

解析 此題反應過程較復雜，但是，鐵的氧化物中的氧元素和氯化氫中的氫元素全部結合生成水；鐵元素則全部轉化為Fe3+，和全部氯原子結合最終得FeCl3.所以，n（O）=n（H） ÷2=0.1 L×7 mol/L÷2=0.35 mol，n（Fe）=n（Cl）÷3= （0.1 L×7 mol/L+0.56 L÷22.4 L/mol×2） ÷3=0.25 mol，n（Fe）∶n（O）= 0.25 mol∶0.35 mol=5∶7.故正確選項為D.