守恒法解題事半功倍

【摘 要】本文就守恒思想，列舉了中學(xué)化學(xué)中常用的守恒法及其應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】守恒法 解題

守恒法是一種中學(xué)化學(xué)典型的解題方法，它利用物質(zhì)變化過程中某一特定的量固定不變來列式求解，可以免去一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，大大簡(jiǎn)化解題過程，提高解題速度和正確率。它的優(yōu)點(diǎn)是用宏觀的統(tǒng)攬全局的方式列式，不去探求某些細(xì)枝末節(jié)，直接抓住其中的特有守恒關(guān)系，快速建立計(jì)算式，巧妙地解答題目。

化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子間重新組合，依據(jù)質(zhì)量守恒定律在化學(xué)反應(yīng)中存在一系列守恒現(xiàn)象，如：質(zhì)量守恒、原子守恒、元素守恒、電荷守恒、電子得失守恒等，利用這些守恒關(guān)系解題的方法叫做守恒法。質(zhì)量守恒就是化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變，在配制或稀釋溶液的過程中，溶質(zhì)的質(zhì)量不變。原子守恒即反應(yīng)前后主要元素的原子的個(gè)數(shù)不變，物質(zhì)的量保持不變。元素守恒即反應(yīng)前后各元素種類不變，各元素原子個(gè)數(shù)不變，其物質(zhì)的量、質(zhì)量也不變。電荷守恒即對(duì)任一電中性的體系，如化合物、混合物、溶液、膠體等，電荷的代數(shù)和為零，即正電荷總數(shù)和負(fù)電荷總數(shù)相等。電子得失守恒是指在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，氧化劑得到的電子數(shù)一定等于還原劑失去的電子數(shù)，無論是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)還是以后將要學(xué)習(xí)的原電池或電解池均如此。物料守恒是指電解質(zhì)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(shí)質(zhì)上也是元素守恒。

1. 質(zhì)量守恒

[例1] 在臭氧發(fā)生器中裝入100mLO2 ，經(jīng)反應(yīng)3O2 2O3，最后氣體體積變?yōu)?5mL（體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定），則反應(yīng)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(yīng)前后容器中氣體的質(zhì)量不變，等于反應(yīng)前100mLO2的質(zhì)量。則反應(yīng)后混合氣體的密度為： （0.1L/22.4 L·mol -1 × 32g·mol -1）/0.095L = 1.5 g·L -1

2. 元素守恒

[例2] 將幾種鐵的氧化物的混合物加入100mL、7mol·L-1的鹽酸中。氧化物恰好完全溶解，在所得的溶液中通入0.56L（標(biāo)況）氯氣時(shí)，恰好使溶液中的Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+，則該混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （ ）

A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6%

[解析] 鐵的氧化物中含F(xiàn)e和O兩種元素，由題意，反應(yīng)后，HCl中的H全在水中，O元素全部轉(zhuǎn)化為水中的O，由關(guān)系式：2HCl～H2O～O，得：n（O）=1/2×n（HCl）=1/2×0.7mol=

0.35mol，m（O）=0.35mol×16g·mol-1=5.6g；而鐵最終全部轉(zhuǎn)

化為FeCl3，n（Cl）=2n（Cl2）+n（HCl）=0.56L ÷22.4L/mol×2+0.7mol=

0.75mol，n（Fe）=1/3 × n（Cl）=1/3×0.75mol=0.25mol，m（Fe）=

0.25mol×56g·mol-1=14 g，則鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：14/（14+ 5.6）×100%=71.4% 。

3. 電荷守恒

[例3] 已知某H2SO4、FeSO4、Fe2（SO4）3的混合溶液100 mL，其中陽離子濃度相等，SO42-濃度為6 mol/L，則此溶液還可溶解鐵粉的質(zhì)量為 。

[解析] 根據(jù)溶液中電荷守恒得：c（H+）+2c（Fe2+）+3c（Fe3+）=2c（SO42-），又因?yàn)槿芤褐械年栯x子濃度相等，所以陽離子的濃度均為2 mol/L.加入鐵粉后，最終溶液中全部為FeSO4，即鐵的總物質(zhì)的量與硫酸根離子的物質(zhì)的量相等，因此繼續(xù)溶解的鐵的物質(zhì)的量為：6 mol/L×0.1 L-2 mol/L×0.1 L×2=0.2 mol，其質(zhì)量為：0.2 mol×56 g/mol=11.2 g。

4. 得失電子守恒法

[例4] 將m mol的Cu2S跟足量稀HNO3反應(yīng)，生成Cu（NO3）2、H2SO4、NO和H2O，則參加反應(yīng)的HNO3中被還原的HNO3的物質(zhì)的量是（ ）

A. 4m mol B. 10m mol C. 10m/3 mol D. 2m/3 mol

[解析] 由反應(yīng)物、生成物可知：

失電子的為：Cu+（+1→+2），失1 mol電子

（→+6），失8 mol電子

得電子的為： （+5→+2），得3 mol電子

根據(jù)得、失電子數(shù)相等，有：

1×2×m+8×m=3n（HNO3）還

n（HNO3）還=mol.

[答案]C

5.物料守恒

[例5] 0.1 mol/L NaHCO3（溶液）中有關(guān)粒子濃度（mol/L）的關(guān)系式，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-）+2c（CO32-）+c（OH-）

D.c（Na+）=c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）

[解析] NaHCO3（溶液）中存在水解平衡：HCO3-+H2OOH-+H2CO3和電離平衡：HCO3-H++CO32-。根據(jù)電荷守恒，知C選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)NaHCO3（溶液）中，n（Na）=n（C），而C元素存在于HCO3-、CO32-、H2CO3中，D選項(xiàng)正確；NaHCO3（溶液）顯堿性，c（OH-）>c（H+），故A選項(xiàng)錯(cuò)誤。

[答案] CD