高中化學(xué)解題中運(yùn)用守恒法的探究

■顧建鳴

化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量、元素種類、原子數(shù)目等都沒有發(fā)生改變,因此我們可以運(yùn)用這一守恒規(guī)律進(jìn)行問題的分析。守恒法應(yīng)用的關(guān)鍵在于能夠?qū)⒃囶}的已知條件和物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中的變化形式一一對應(yīng)起來,進(jìn)而通過守恒原理確定其內(nèi)在的關(guān)系,有效地解決問題。

一、質(zhì)量守恒法

我們在解題時(shí)可以根據(jù)題目要求,靈活運(yùn)用元素質(zhì)量守恒、反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量守恒、結(jié)晶溶質(zhì)的質(zhì)量守恒等來完成問題的解答。

例1某氫氧化鉀固體中含有7.2%的碳酸鉀和2.8%的水分,取1g這樣的氫氧化鉀固體加入到50mL3mol·L-1的鹽酸中,隨后用去30.8mL1.07mol·L-1的氫氧化鈉溶液中和掉多余的鹽酸,則將反應(yīng)后的溶液蒸干可以得到多少克固體。

分析：如果運(yùn)用常規(guī)法進(jìn)行解答,各種物質(zhì)量之間的計(jì)算將會非常復(fù)雜,也不一定能得出正確的結(jié)論。而運(yùn)用質(zhì)量守恒法建立起反應(yīng)物與生成物之間的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)n(KCl)與n(HCl)相同,這樣問題就迎刃而解了。

二、電子守恒法

電子守恒法是指在氧化還原反應(yīng)中,氧化劑得電子總數(shù)與還原劑失電子總數(shù)相等。在求解相關(guān)問題時(shí),我們可以通過電子守恒建立起氧化劑與還原劑之間的關(guān)系,從而簡化問題,提高解題效率。

例2將硫酸鐵溶液和50mL 0.1mol·L-1的羥胺(NH2OH)酸性溶液混合后煮沸,生成的亞鐵離子恰好與50mL 0.04mol·L-1的酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng),則羥胺的氧化產(chǎn)物是什么。

分析：本題比較復(fù)雜,溶液中先后有硫酸鐵、羥胺和高錳酸鉀,并且也沒有給出具體的化學(xué)反應(yīng)方程式,不太容易計(jì)算。但是仔細(xì)分析后我們會發(fā)現(xiàn),本題主要是電子轉(zhuǎn)移問題,即羥胺失去的電子數(shù)等于高錳酸鉀得到的電子數(shù),因此可以根據(jù)電子守恒列出等式。假設(shè)羥胺中N的化合價(jià)為x價(jià),則有(x+1)×50×10-3×0.1=(7-2)×50×10-3×0.04,由此問題得到順利解決。

三、原子守恒法

因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后原子數(shù)目不變,所以我們可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的原子守恒原理,對一些問題進(jìn)行分析和研究,往往可以化繁為簡,快速找到解決問題的突破口。

例3先用足量的一氧化碳完全還原0.8g某種鐵的氧化物,再將生成的二氧化碳用足量的石灰水進(jìn)行吸收,反應(yīng)完全后,得到1.5g沉淀,求該鐵的氧化物的化學(xué)式。

分析：根據(jù)原子守恒可知,碳酸鈣沉淀中的碳原子來自于還原用的一氧化碳中的碳原子,因此一個(gè)碳原子對應(yīng)一個(gè)氧原子,從而對應(yīng)一個(gè)碳酸鈣分子,所以鐵的氧化物中氧原子的質(zhì)量為0.015mol×16g·mol-1=0.24g,則鐵的質(zhì)量為0.8g-0.24g=0.56g,進(jìn)而得出鐵的氧化物的化學(xué)式。

四、電荷守恒法

電荷守恒法主要是指呈電中性的體系中正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零,諸如溶液、化合物、膠體、混合物等物質(zhì)。

例4將NL的硝酸銨和硫酸銨混合溶液分成相等的兩份,取其中一份加入Pmol的燒堿,正好完全反應(yīng),往另一份中加入Qmol的氯化鋇溶液,也正好完全反應(yīng)。那么原溶液中硝酸根離子的濃度是多少。

分析：往其中一份溶液中加入燒堿,OH-和發(fā)生反應(yīng),生成NH3·H2O,每一份OH-對應(yīng)一份,由此可以得到溶液中的陽離子總數(shù)。往另一份溶液中加入氯化鋇溶液,與硫酸銨反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀,硝酸銨不參與反應(yīng),于是所求的量即為所消耗的燒堿中的OH-的量減去2倍的所消耗的氯化鋇中的Ba2+的量。所以