柳暗花明話“守恒”

張清行

守恒問題在中學化學計算中占有重要的地位.在處理某些問題時，如果抓住存在的守恒關(guān)系，巧妙地選取方法，就能簡化解題過程，快速準確地解答題目，達到處理疑難問題時“柳暗花明”的效果.現(xiàn)將守恒法的類型及應用歸納如下．

一、質(zhì)量守恒法

化學反應遵循質(zhì)量守恒定律，即參加反應的反應物的總質(zhì)量等于反應后生成物的總質(zhì)量，反應前后質(zhì)量不變.因此在處理化學反應中與總質(zhì)量有關(guān)的問題時可考慮質(zhì)量守恒法.

例1在臭氧發(fā)生器中裝入100 ｍＬ Ｏ2，經(jīng)反應3Ｏ2＝2Ｏ3，最后氣體體積變?yōu)?5 ｍＬ（體積均為標準狀況下測定），則反應后混合氣體的密度為多少？

解析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應前后容器中氣體質(zhì)量不變，等于反應前100 ｍＬ Ｏ2的質(zhì)量.則反應后混合氣體的密度為：

ｄ＝（0．1 Ｌ／22．4 Ｌ·ｍｏｌ－1 ×32ｇ·ｍｏｌ－1）／0．095 Ｌ＝1．5 ｇ·Ｌ－1

二、電子守恒法

氧化還原反應中存在電子守恒規(guī)律，即氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)，得失電子守恒.因此在處理氧化還原反應中氧化劑、還原劑得失電子及反應前后化合價等問題時可考慮電子守恒法.

例2如果用0．3 ｍｏｌ／Ｌ的Ｎａ2ＳＯ3溶液16 ｍＬ，剛好將3．2×10－3 ｍｏｌ的強氧化劑［ＲＯ（ＯＨ）2］＋溶液中的溶質(zhì)還原到較低價態(tài)，則反應后Ｒ的最終價態(tài)是 （）．

Ａ． 0 Ｂ． ＋1 Ｃ． ＋2 Ｄ． ＋3

解析：在上述反應中，氧化劑為［ＲＯ（ＯＨ）2］＋，還原劑為ＳＯ32－.設(shè)反應后Ｒ元素的化合價為ｘ，則Ｒ元素化合價由＋5降為ｘ，Ｓ元素化合價由＋4升為＋6.1 ｍｏｌ Ｒ元素得電子（5－ｘ）ｍｏｌ，1 ｍｏｌ Ｓ元素失電子（6－4）ｍｏｌ＝2 ｍｏｌ.由電子守恒知：

0．3×0．016×2＝3．2×10－3×（5－ｘ）解得ｘ＝＋2 答案：Ｃ

三、電荷守恒法

溶液呈電中性，存在著離子的電荷守恒規(guī)律，即溶液中陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負電荷總數(shù).溶液中離子反應的離子方程式也遵循電荷守恒規(guī)律，即反應前各離子電荷代數(shù)和等于反應后各離子電荷代數(shù)和.因此在處理溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度、離子方程式正誤判斷或計算等問題時可考慮電荷守恒法.

例3在常溫下，把氨水滴到鹽酸中，當ｃ（ＮＨ4＋）＝ｃ（Ｃｌ－）時，混合溶液的ｐＨ為（）．

Ａ．大于7 Ｂ．小于7 Ｃ．等于7 Ｄ．無法判斷

解析：根據(jù)電荷守恒，溶液中離子存在如下關(guān)系：ｃ（ＮＨ4＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（Ｃｌ－）＋ｃ（ＯＨ－）

因為ｃ（ＮＨ4＋）＝ｃ（Ｃｌ－），所以ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＯＨ－）． ｐＨ＝7．答案：Ｃ

四、元素守恒法

化學反應的本質(zhì)是原子的重新組合，存在著元素（原子）守恒規(guī)律，即反應前后元素及原子種類、數(shù)目相等.在一些復雜多步的化學過程中，雖然發(fā)生的化學反應多，但某些元素的物質(zhì)的量、濃度等始終沒有發(fā)生變化，整個過程中元素守恒.因此在處理多步復雜的化學過程的問題時可考慮元素守恒法.

例4某不純的燒堿樣品含Ｎａ2ＣＯ3 3．80％（質(zhì)量分數(shù)），Ｈ2Ｏ 5．8％，ＮａＯＨ 90．4％，?。?ｇ樣品溶于40．0 ｍＬ 2．00 ｍｏｌ／Ｌ－1的鹽酸中，并用2．00 ｍｏｌ·Ｌ－1的ＮａＯＨ溶液中和剩余的酸，在蒸發(fā)后可得干燥的固體的質(zhì)量為（）．

Ａ．4．68 ｇＢ．5．58 ｇ Ｃ．2．34 ｇＤ．2．34ａ ｇ

解析：蒸干所得固體是ＮａＣｌ，根據(jù)氯元素守恒：ｎ（ＮａＣｌ）＝ｎ（ＨＣｌ），ｍ（ＮａＣｌ）＝2．00 ｍｏｌ·Ｌ－1×40．0×10－3 Ｌ×58．5 ｇ·ｍｏｌ－1＝4．68 ｇ．答案：Ａ

五、物料守恒法

溶液中某物質(zhì)，不管在溶液中發(fā)生了什么變化，都存在物料守恒規(guī)律，即溶液中各組分各種存在方式的比符合物質(zhì)的組成比；某一組分的原始量等于它在溶液中各種存在形式的量之和；溶液中水的電離無論受到促進或抑制，水電離的Ｈ＋和ＯＨ－永遠相等.因此在處理溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度等量關(guān)系等問題時可考慮物料守恒法.

例50．1 ｍｏｌ／Ｌ的ＫＯＨ溶液0．1 Ｌ，通入標準狀況下224 ｍＬ Ｈ2Ｓ氣體，所得溶液離子濃度大小關(guān)系正確的是 （）．

Ａ．ｃ（Ｋ＋）＞ｃ（ＨＳ－）＞ｃ（ＯＨ－）＞ｃ（Ｈ2Ｓ）＞ｃ（Ｓ2－）＞ｃ（Ｈ＋）

Ｂ．ｃ（Ｋ＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）

Ｃ．ｃ（Ｋ＋）＝ｃ（Ｈ2Ｓ）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）

Ｄ．ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）＝ｃ（Ｈ＋）＋ｃ（Ｈ2Ｓ）

解析：溶液中微粒濃度（或數(shù)目）要遵循兩條原則：一是電荷守恒，二是物料守恒.上述溶液實際上是含0．01 ｍｏｌ ＫＨＳ的溶液.根據(jù)上面的規(guī)律：

電荷守恒：溶液中陽離子有Ｋ＋、Ｈ＋，陰離子有ＨＳ－、Ｓ2－、ＯＨ－.

ｃ（Ｋ＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＨＳ－）＋2ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－） ①

物料守恒：ＨＳ－由于水解和電離，其存在形式為ＨＳ－、Ｓ2－、Ｈ2Ｓ.

ｃ（Ｓ）＝ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｈ2Ｓ）

鉀元素物質(zhì)的量等于硫元素物質(zhì)的量ｃ（Ｋ＋）＝ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｈ2Ｓ） ②

②代入①中，得ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）＝ｃ（Ｈ＋）＋ｃ（Ｈ2Ｓ） ③

另在溶液中，Ｈ＋、ＯＨ－都由Ｈ2Ｏ電離而來，故Ｈ＋、ＯＨ－兩者的總量應相等，而Ｈ＋由于ＨＳ－水解的原因存在形式為Ｈ＋、Ｈ2Ｓ，ＯＨ－由于ＨＳ－電離的原因存在形式為ＯＨ－、Ｓ2－.同樣可得到③.答案：Ｄ

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