守恒法及其應用

李建中

【摘要】 在本文中，筆者結合自身的教學經驗，就化學中的質量守恒、元素守恒、電荷守恒等守恒法的應用作了一些探究。

【關鍵詞】 化學反應 守 恒 法 應用

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2016）03-005-01

一、化學反應中的質量守恒

化學反應中反應物的質量和與生成物的質量和相等，即物質“不滅”。這就是質量守恒。利用它可以簡化相關化學計算。

例1. 現有一塊鋁鐵合金，為測定鋁的含量，做了如下實驗：切一小塊合金，將其溶于鹽酸，然后加入足量的NaOH溶液，待溶液中的沉淀全部轉化為紅褐色時，過濾沉淀物并在空氣中灼燒，最后所得紅棕色粉末的質量恰好跟原來合金試樣的質量相等，則合金中鋁的質量分數為 。

【解析】：合金中鐵元素的質量無損失地全部進入了Fe2O3中，且Fe2O3的質量恰好等于原鐵鋁合金的質量。依質量守恒可知鐵鋁合金中鋁的質量一定等于Fe2O3中氧的質量，即鐵鋁合金中鋁的質量分數一定等于Fe2O3中氧的質量分數。這樣就將問題直接轉化為求Fe2O3中氧的質量分數了，使問題得到簡化。（O）==30%. 答案：30%.

二、化學反應中的元素守恒

化學反應中各種元素的原子個數前后是不變，稱為元素守恒，這也是質量守恒的根本所在。

例2. 碳酸銅和堿式碳酸銅Cu2（OH）2CO3均可溶于HCl，轉化為氯化銅；在高溫下這兩種化合物均可分解生成氧化銅。溶解28.4g的上述混合物，消耗1.0mol/L的HCl500ml.則灼燒等量的上述混合物得到的氧化銅是：（ ）

A. 35g B. 30g C. 20g D. 15g

【解析】：此題涉及的反應較多，但抓住實質利用銅原子守恒和氯原子守恒則很容易解答。

n（CuO）==n（CuCl2）===×n（HCl） ===×1.0mol/L×0.5L===0.25

mol

m（CuO）==80g/mol×0.25mol===20g

答案：C

三、氧化還原反應的得失電子守恒

氧化還原反應中氧化劑得到的電子總數等于還原劑失去的電子總數，即得失電子守恒。

例3. 在裝有一定量銅片的試管中加入一定量18mol/L的濃H2SO4，加熱使之反應，待銅片全部溶解，冷卻稀釋到100ml，再加入足量的鋅粉，使之充分反應，收集到2.24L氫氣（標準狀況下）。過濾殘留固體干燥后稱量，質量減輕了6.54g。計算被銅還原的硫酸的物質的量。

【解析】：分析反應過程，發生的反應依次有：

①Cu + 2H2SO4（濃） ====CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

②Zn + CuSO4 ===ZnSO4 + Cu

③ Zn + H2SO4 ==== ZnSO4 + H2↑

注意：Cu2+ 的氧化性>H+ ，所以有：

2n（Zn） = 2n（H2） + 2n（Cu）……得失電子守恒

65n（Zn）-64 n（Cu） = 6.54g……質量守恒

解得n（Cu）= 0.04mol

由①知：n（被還原的H2SO4）= n（Cu）= 0.04mol

答案： 0.04mol

四、電荷守恒

電荷守恒是指電解質溶液中的正電荷總數等于負電荷總數，溶液呈電中性；或離子化合物中陽離子所帶正電荷的總數和陰離子所帶負電荷的總數相等，該離子化合物呈電中性。

例4. （06全國理綜I 13）由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液，其pH=1，c（Al3+）=0.4mol·L-1，c（SO42-）=0.8mol·L-1，則c（K+）為：（ ）

A.0.15 mol·L-1 B.0.2 mol·L-1

C.0.3 mol·L-1 D.0.4 mol·L-1

【解析】：溶液中的正電荷數為：c（H+） + 3c（Al3+） + c（K+）

溶液中的負電荷數為：2c（SO42-）

由溶液中電荷守恒得：c（H+） + 3c（Al3+） + c（K+） ==2c（SO42-）

解得：c（K+）===0.3 mol·L-1

五、物料守恒

物料守恒是指電解質溶液中某一組分的原始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和。它實際上是元素守恒。

例5. 0.1mol·L-1NaHCO3溶液中有關離子濃度的關系，正確的是：（ ）

A. c（Na+）c（HCO3-）c（CO32-）c（H+）c（OH-）

B. c（Na+）c（H+）=c（HCO3-）c（CO32-）c（OH-）

C. c（Na+）c（H+）=c（HCO3-）c（CO32-）c（OH-）

D. c（Na+）= c（HCO3-）c（CO32-）c（H2CO3）

【解析】：依據HCO3-水解大于電離可得，溶液中c（OH-）c（H+），c（OH-） c（CO32-），故A錯誤；剩余選項是考查電荷守恒和物料守恒的，不難看出B錯誤，C、D正確。

答案：C、D

【遷移訓練】

1. 2.1g鎂鋁合金完投入到200ml5mol/L的鹽酸中，生成氫氣2.24L（標準狀況下），再向溶液中加入氫氧化鈉溶液，要使生成沉淀的質量最大，需加入2mol/L的NaOH溶液最多 mL，沉淀最大值是 g.（500；5.5）

2. 往100ml1.0mol/L的AlCl3溶液中加入一定量1.0mol/L的NaOH溶液，得到3.9g白色沉淀則所加NaOH溶液的體積可能是（ ）. ①150ml ②200ml ③300ml ④350mol

A.① B.②③ C.①④ D.①③ （C）

3. （2004年全國卷） Cu2S與一定濃度的HNO3反應，生成Cu（NO3）2、CuSO4、NO2、NO和H2O，當NO2和NO的物質的量之比為1：1時，參加反應的Cu2S與HNO3的物質的量之比為：（ ）

A.1：7 B.1：9 C.1：5 D.2：9 （A）

4.（2001年全國卷）在無土栽培中需配制一定量含有50molNH4Cl、16molKCl和24molK2SO4的營養液。若用KCl、NH4Cl和（NH4）2SO4三種固體為原料來配制，三者的物質的量依次是（單位為mol）：（ ）

A.2 64 24 B.64 2 24 C.32 50 12 D.16 50 24 （B）

5、1.92g銅和一定量的濃硝酸反應，隨著銅不斷減少，反應生成的氣體顏色逐漸變淺，當銅反應完畢時，共收集到氣體1.12L（標況）。求反應消耗硝酸的物質的量。（0.11mol）

6、將3.20g銅跟30.0ml10.0mol/L的硝酸充分反應，還原產物有NO和NO2 。若反應后溶液中有a molH+，則此時溶液中含NO3—的物質的量為 mol。（0.1+a）

7、將一定質量的Na2CO3和NaHCO3的混合物加熱至恒重，將放出的氣體通入足量澄清石灰水中，充分反應后得到1.00g沉淀。加熱后剩余的固體全部投入50mL2mol/L的稀鹽酸中，恰好完全反應，生成NaCl溶液。求原混合物中各組分的質量。（NaHCO3：1.68g ，Na2CO3：4.24g）

8、向KI溶液中加入AgNO3溶液，直到反應完全為止，所得溶液質量恰好等于原KI溶液質量，則AgNO3溶液的質量分數為多少？（72.3℅）

9、24ml濃度為0.05mol·l-1的Na2SO3溶液恰好被20ml濃度為0.02mol·l-1的K2Cr2O7溶液所氧化，則鉻元素在還原產物中的化合價為：

A.+2 B.+3 C.+4 D.+5 （B）

10、a g鐵粉與含有硫酸的硫酸銅溶液完全反應，得到后a g銅，則參與反應的CuSO4與H2SO4的物質的量之比為：

A、1：7 B、7：1 C、7：8 D、8：7 （B）

11、足量銅與一定量的濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體，這些氣體與1.68LO2（標況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成HNO3。若向所得硝酸銅溶液中加入一定濃度的NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液60ml，則NaOH溶液的物質的量濃度為 mol·l-1。（5）

12、3.88g銅和一定質量的濃硝酸反應，當銅反應完時，共收集到標況下2.24L氣體。若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在水槽中，需通入多少升標況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？（0.672L）

13、10g鐵-鎂合金溶解在一定量的某濃度的稀硝酸中，當金屬完全反應后共收集到標況下4.48LNO氣體（設HNO3的還原產物只有NO）。在反應后的溶液中加入足量的NaOH溶液，可得多少克沉淀？（20.2g）