巧用守恒法解決大計(jì)算
——關(guān)于硝酸與金屬反應(yīng)計(jì)算之巧解

張 偉

(山東省泰安市寧陽第一中學(xué) 271400)

一、守恒法簡(jiǎn)介

守恒表示在化學(xué)反應(yīng)中某種不變的關(guān)系，常常以等式的形式表示之.常見的守恒包括包括質(zhì)量守恒、原子個(gè)數(shù)守恒、電子得失個(gè)數(shù)守恒、電荷守恒.利用守恒關(guān)系解決問題的方法叫做守恒法.守恒法在中學(xué)化學(xué)計(jì)算中很常用.守恒法在列式時(shí)常常可不考慮中間具體過程，故很簡(jiǎn)便.在計(jì)算中運(yùn)用守恒法，可以大大簡(jiǎn)化解題的過程，提高解題的速度和正確率.

二、硝酸與金屬的反應(yīng)分析

1．質(zhì)量守恒

m(參加反應(yīng)的Cu)+m(參加反應(yīng)的HNO3)=m(Cu(NO3)2)+m(NO)+m(H2O)

2．原子個(gè)數(shù)守恒

(1)對(duì)于Cu原子：N(參加反應(yīng)的Cu)=N(Cu(NO3)2)

(2)對(duì)于N原子：n(參加反應(yīng)的HNO3)

=n(Cu(NO3)2中的N原子)+n(NO中的N原子)

=n(Cu(NO3)2)×2+n(NO)

3．電子得失守恒

Cu失電子總數(shù)=N得電子總數(shù).即n(Cu)×2=n(NO)×3

4．電荷守恒

在硝酸與金屬的反應(yīng)計(jì)算中，常用的是原子個(gè)數(shù)守恒、電子得失守恒和電荷守恒，質(zhì)量守恒很少用到.

三、典型例題

1．原子個(gè)數(shù)守恒

例1 把0.4 mol Cu加入適量濃HNO3中，Cu完全溶解，共收集到0.3mol氣體，則反應(yīng)消耗的硝酸是____mol.

分析如果HNO3一直是濃HNO3，則根據(jù)電子守恒，0.4 mol Cu失去0.8 mol電子，n(氣體)=n(NO2)=0.8 mol.這與題意不符.所以反應(yīng)過程應(yīng)是開始是Cu與濃HNO3反應(yīng)，由于HNO3不斷消耗，后來就成了Cu與稀HNO3反應(yīng)了.這需要寫出2個(gè)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程繁瑣.但如果運(yùn)用原子個(gè)數(shù)守恒法，則可不寫化學(xué)方程式就能快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出最終結(jié)果.

根據(jù)Cu守恒，有n(反消耗的Cu)=n(Cu(NO3)2)×2

根據(jù)N守恒，有n(反應(yīng)消耗的硝酸)=n(Cu(NO3)2)×2+n(NO)

=0.4 mol×2+0.3 mol=1.1 mol

例2 將30 g某銅銀混合物放入80 mL 13.5 mol/L的濃硝酸中，銅銀混合物完全溶解，共收集到0.3 mol氣體，反應(yīng)后溶液中的H+的物質(zhì)的量濃度為1 mol·L-1.假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為80 mL，計(jì)算該混合物中銅和銀的物質(zhì)的量各為多少.

分析設(shè)合金中銅銀的物質(zhì)的量分別為x、y.

根據(jù)N原子守恒，有

n(原來的HNO3)=n(Cu(NO3)2)×2+n(AgNO3)+n(氣體)+n(剩余的HNO3)

即：0.08 L×13.5 mol·L-1=2x+y+0.3+0.08 L×1 mol·L-1

再根據(jù)合金的質(zhì)量是30 g，有m(Cu)+m(Ag)=30 g

即：64 mol·L-1×x+108 mol·L-1×y=30 g

聯(lián)立二方程，解得，x=0.3 mol，y=0.1 mol.

2.得失電子個(gè)數(shù)守恒

例3 把0.4 mol Cu加入適量濃HNO3中，Cu完全溶解，共收集到0.3 mol氣體，計(jì)算該0.3 mol氣體中NO和NO2各多少mol？

分析設(shè)該0.3 mol氣體中NO和NO2的物質(zhì)的量分別為x、y.則有x+y=0.3 mol.

根據(jù)還原劑失電子總數(shù)=氧化劑得電子總數(shù)，有n(Cu)×2=n(NO)×3+n(NO2)

即：0.4 mol×2=3x+y

聯(lián)立二方程，解得，x=0.1 mol，y=0.2 mol.

例4 足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，放出NO2、NO的混合氣體，把這些氣體與0.075 mol O2混合并通入水中，可使氣體完全被水吸收.若向所得硝酸銅溶液中加入5 mol·L-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全轉(zhuǎn)化為Cu(OH)2，則至少需要加入的NaOH溶液的體積是____mL.

分析本題涉及反應(yīng)很多.如果不用守恒法，由于反應(yīng)有很多，所以解題過程非常繁瑣.本題涉及的反應(yīng)過程有：

①Cu和濃HNO3的反應(yīng)：

②Cu和稀HNO3的反應(yīng)：

⑤稀HNO3與NaOH溶液的反應(yīng)：

⑥Cu(OH)2與NaOH溶液的反應(yīng)：

3.電荷守恒

綜上所述，在金屬與HNO3的反應(yīng)計(jì)算中，經(jīng)常使用守恒法，可使計(jì)算過程簡(jiǎn)便且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高.本文通過對(duì)金屬與HNO3的反應(yīng)的探究，希能對(duì)廣大師生的教學(xué)起到促進(jìn)作用.