守恒定律巧解較為復(fù)雜的計(jì)算題

◇　江蘇　丁志芬

守恒定律巧解較為復(fù)雜的計(jì)算題

◇江蘇丁志芬

質(zhì)量守恒定律是中學(xué)化學(xué)中最為重要的定律之一．它貫穿整個(gè)中學(xué)化學(xué)的教學(xué),也是中考及高考的必考內(nèi)容之一,每年的中考或是高考中都會(huì)有相應(yīng)的選擇題或是非選擇題直接考查質(zhì)量守恒定律.本文用一道計(jì)算型選擇題來(lái)解析原子數(shù)目守恒在中、高考化學(xué)試題中的應(yīng)用．

A11.2g；B5.6g；

C2.8g；D無(wú)法計(jì)算

①Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，

②FeO+2HCl=FeCl2+H2O，

③Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O.

由反應(yīng)方程式可知,所得溶液中含有的溶質(zhì)為FeCl2和FeCl3,但在所得溶液中加入硫氰化鉀溶液時(shí)溶液不變紅色,即溶液中應(yīng)該不含有Fe3+,所以還應(yīng)該發(fā)生的反應(yīng)為

④Fe+2FeCl3=3FeCl2．

可以假設(shè)原有混合物中的FeO、Fe、Fe3O4的物質(zhì)的量分別為x、y、z,根據(jù)鹽酸恰好將固體溶解和化學(xué)方程式計(jì)算可以得到FeO、Fe、Fe3O4與鹽酸的關(guān)系方程式:x+y+3z=0.05mol．

再根據(jù)題中所提的問(wèn)題分析,用足量的CO在高溫下還原相同質(zhì)量的此混合物,得到的鐵實(shí)際就是原混合物中的鐵元素,由此可以得到原混合物中鐵元素的物質(zhì)的量也為x+y+3z．從而可以得到含有的鐵元素為0.05mol,也即CO還原后得到的鐵為2.8g．答案為C．

方法2原子數(shù)目守恒法(即質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用),即利用反應(yīng)前后元素種類、原子數(shù)目不發(fā)生改變來(lái)解決問(wèn)題．可以這樣來(lái)分析本題,因?yàn)楸绢}提出的問(wèn)題是用CO還原混合物得到鐵的質(zhì)量,也就是原混合物中鐵元素的質(zhì)量,因而可以根據(jù)鐵及鐵的氧化物溶于鹽酸而得到的溶液中原子數(shù)目守恒而進(jìn)行問(wèn)題解決．當(dāng)一定量的Fe、FeO、Fe3O4的混合物恰好溶解于100mL1mol·L-1的鹽酸中得到的一定是鐵的氯化物(FeCl2或FeCl3和FeCl2)的水溶液,而在該溶液中滴加KSCN溶液時(shí)溶液不變紅色,由此可知所得的溶液中只有FeCl2,根據(jù)原子數(shù)目守恒,溶液中的鐵元素與氯元素的物質(zhì)的量比為1∶2,而溶液中的氯離子就是來(lái)自于鹽酸中的氯離子,因而溶液中Cl-的物質(zhì)的量即為0.1mol,從而可得溶液中Fe2+的物質(zhì)的量為0.05mol,從而可得原混合物中的鐵元素的質(zhì)量為0.05mol×56g·mol-1=2.8g．

變式訓(xùn)練將25g的鋁、鎂的混合物恰好溶解于一定量的鹽酸中,再加入1mol·L-1250mL的氫氧化鈉溶液,恰好使溶液中的金屬離子全部轉(zhuǎn)化為沉淀,在金屬混合物溶解于鹽酸時(shí)所產(chǎn)生的氫氣的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為________L．

分析將鋁和鎂恰好溶解于鹽酸后,再加入氫氧化鈉溶液將所有的金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀,則可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行計(jì)算,設(shè)鎂和鋁的物質(zhì)的量分別為x、y,列出2個(gè)方程式進(jìn)行計(jì)算,求出鎂和鋁的物質(zhì)的量后再根據(jù)方程式列式計(jì)算出生成氫氣的體積,其具體的計(jì)算可由讀者自行驗(yàn)算．但如果用原子守恒的方法,則計(jì)算會(huì)比較簡(jiǎn)單,金屬全部恰好溶于鹽酸,生成的氫氣由原鹽酸中所有的H+轉(zhuǎn)化而來(lái),在所得溶液中加入氫氧化鈉溶液恰好將金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀,則剩余溶液中的溶質(zhì)為NaCl,因此可知加入氫氧化鈉的物質(zhì)的量等于原鹽酸中的Cl-的物質(zhì)的量,則根據(jù)原子數(shù)目守恒就可以使問(wèn)題迎刃而解．

由以上例題可以看出,只要是能用化學(xué)方程式列式計(jì)算解決的化學(xué)計(jì)算類問(wèn)題,一般都可以通過(guò)原子數(shù)目守恒的方法進(jìn)行問(wèn)題解決,這是因?yàn)榛瘜W(xué)方程式就是質(zhì)量守恒定律的體現(xiàn)．當(dāng)然,化學(xué)中的質(zhì)量守恒定律并不僅僅是體現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中的元素種類守恒、原子數(shù)目及質(zhì)量的守恒,同時(shí)也可以體現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)中的離子所帶電荷的守恒,還體現(xiàn)在氧化還原反應(yīng)中的電子得、失數(shù)目守恒等方面,在這些類型的化學(xué)計(jì)算問(wèn)題中同樣可以用守恒法進(jìn)行解決,不僅可以節(jié)省時(shí)間,同時(shí)也讓我們體驗(yàn)到化學(xué)的守恒之美．

(作者單位：江蘇省東臺(tái)市第一中學(xué))