例談守恒思想在化學計算中的應用

蔡娟麗

【摘? 要】守恒是解決化學問題的中心思想，相應地，守恒法是解決化學問題的一種極其重要的方法與技巧，運用守恒，其特點是抓住有關變化的始態與終態，不糾纏過程細節，利用其中某種不變量建立關系式，從而簡化思路，快速解題。

【關鍵詞】化學計算;守恒;方法技巧

一、質量守恒

化學反應是原子之間的重新組合，反應前后組成物質的原子個數保持不變，即化學反應中反應物總質量等于生成物總質量，此即質量守恒。又因為同種元素原子的物質的量（或原子數）在反應前后不變，又稱元素守恒、原子守恒。

1.物質質量守恒：在化學反應過程中找準反應前后的質量關系，利用不變量可快速求解。

【例1】 在臭氧發生器中裝入100 mL O2，經反應3O22O3，最后氣體體積變為95 mL（體積均為標準狀況下測定），則反應后混合氣體的密度為????? g·L-1。

解析：根據質量守恒定律反應前后容器中氣體的質量不變，等于反應前100 mL O2的質量。則反應后混合氣體的密度為：ρ=[（0.1L÷22.4L·mol-1）×32 g·mol-1]÷0.095 L≈1.5 g·L-1。答案為1.5。

2.原子守恒：抓住初始反應物和最終生成物中某一原子（或原子團）不變，找到等量關系進行求解。

【例2】 有一在空氣中暴露過的KOH固體，經分析知其內含水7.12%，K2CO32.88%，KOH90%，若將此樣品1 g加入到46.00 mL的1 mol·L-1鹽酸中，過量的酸再用1.07 mol·L-1KOH溶液中和，蒸發中和后的溶液可得固體??????? 克。

解析：此題中發生的反應很多，但仔細分析可知：蒸發溶液后所得固體為KCl，其Cl-全部來自于鹽酸中的Cl-，在整個過程中Cl-守恒。

即n（KCl）=n（HCl）;故m（KCl）=0.046 L×1 mol·L-1×74.5 g·mol-1=3.427 g。答案為3.427。

二、電子守恒

氧化還原反應中，氧化劑得電子（化合價降低）總數等于還原劑失電子（化合價升高）總數，得失電子守恒（化合價升降相等）。在解題中找到最終化合價升高的和降低的物質，列等式求解。

【例3】 1.92 g銅投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，用試管收集生成氣體顏色越來越淺，共收集到672 mL氣體（標準狀況下），將盛有此氣體的試管倒扣在水中，通入氧氣恰好使氣體完全溶解在水中，則需要標準狀況下的氧氣體積為（???? ）。

A.504 mL??? B.168 mL?? C.336 mL???? D.224 mL

解析：分析各物質的始態和終態，Cu的化合價升高，始態時是硝酸、終態時還是硝酸，所以硝酸的化合價沒有變化，化合價降低的是O2，Cu共失去了（1.92g÷32 g·mol-1）×2 =0.06 mol的電子，根據得失電子守恒，那么V（O2）÷22.4 mol·L-1×4 =0.06 mol，故V（O2）=0.336 L。答案為C。

三、電荷守恒

指陽離子所帶的電荷總數（各種陽離子所帶電荷數與陽離子物質的量的乘積的代數和）與陰離子所帶的電荷總數（各種陰離子所帶電荷數與陰離子物質的量的乘積的代數和）在數值上相等，主要在以下兩個方面應用。

1.離子方程式中，常用于離子方程式正誤判斷及書寫。

【例4】 在一定條件下，RO3n-與I-發生反應的離子方程式如下：RO3n-+6I-+6H+=R-+3I2+3H2O，R中的n為??????? 。

解析：解法①，依據得失電子守恒，I化合價總共升高6，所以R降低6價變為-1價，所以R 中的R元素的化合價是+5，n為1;解法②依據電荷守恒，反應后電荷總數為-1，所以-n+（-1）×6+（+1）×6=-1，n為1。答案：1。

2.溶液呈電中性

【例5】將NaCl和NaBr混合物mg溶于水后，向所得溶液中通入足量Cl2，反應后將溶液蒸干得固體（m-2）g，則通Cl2前原溶液中Na+、Cl-、Br-的物質的量之比不可能為（????? ）

A.4：3：1??? B.3：3：1??? C.3：2：1???? D.3：1：2

解析：如果讀題之后馬上按已知數據列式計算，實際上陷入命題者設置的圈套。通過虛設數據，本題貌似計算題，實際上考查的是電荷守恒原理。即溶液中陽離子所帶的正電荷等于陰離子所帶的負電荷：n（Na+）=n（Cl-）+n（Br-），只有選項B不符合此關系。立即可得答案為B。

四、物料守恒

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，它實質上是元素守恒。

【例6】 下列溶液中微粒的物質的量濃度關系正確的是（????? ）。

A.氯水中：c（Cl2）=2[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]

B.在25 ℃ 100 mL NH4Cl溶液中：c（Cl-）> c（NH4+）+c（NH3·H2O）

C.等濃度的NaClO、NaHCO3混合溶液中：c（HClO）+c（ClO-）= c（HCO3-）+c（H2CO3）

D.等濃度醋酸和氫氧化鈉等體積混合后的溶液：c（OH-）=c（H+）+c（CH3COOH）

解析：氯氣溶于水，大部分氯氣以Cl2分子形式存在，少部分與水反應生成HCl和HClO，所以氯水中無法比較c（Cl2）與[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]的大小，A錯誤;

依據物料守恒c（Cl-）=c（NH4+）+c（NH3·H2O）可知B錯誤;

依據物料守恒c（HClO）+c（ClO-）=c（HCO3-）+c（H2CO3）+c（CO32-），可知C錯誤;

依據電荷守恒c（CH3COO-）+c（OH-）=c（H+）+c（Na+）減去物料守恒c（CH3COO-）+c（CH3COOH）=c（Na+）可知D正確。答案：D。

參考文獻：

[1]守恒法在化學計算題中的妙用[J]. 潘輝.??新課程（中旬）.?2014（01）

[2]化繁為簡巧解題[J]. 徐巖.??考試（高考版）.?2004（09）