利用元素守恒巧解題

郭斌

守恒法是中學(xué)化學(xué)計(jì)算重要的解題方法之一，應(yīng)用守恒法解題常能達(dá)到事半功倍的效果。

一、涉及多個(gè)反應(yīng)型

例1一定量的乙醇在氧氣不足的條件下燃燒，得到CO、CO2和水的總質(zhì)量為27.6 g,其中水的質(zhì)量為10.8 g，計(jì)算參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是多少？生成一氧化碳的質(zhì)量是多少？

解析乙醇完全燃燒生成二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生很熟悉，但乙醇不完全燃燒生成一氧化碳、二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生們不熟悉，如果用一個(gè)總反應(yīng)來(lái)計(jì)算的話，學(xué)生配平起來(lái)會(huì)有困難，如果用兩個(gè)反應(yīng)來(lái)計(jì)算又會(huì)較繁，但用元素守恒來(lái)算就會(huì)簡(jiǎn)單得多。

生成物水中氫元素的質(zhì)量：

m(H)=10.8 g×2M(H)M(H2O)=1.2 g

設(shè)參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量為x,則

m(H)=6M(H)M(C2H6O)×x,求得x=9.2 g

乙醇中碳元素質(zhì)量：

m(C)=9.2 g×2M(C)M(C2H6O)=4.8 g

由題意得生成的CO、CO2總質(zhì)量為：

27.6 g-10.8 g=16.8 g

假設(shè)生成CO的質(zhì)量為y,則生成CO2的質(zhì)量為16.8 g-y，根據(jù)碳元素守恒：

y×1228+(16.8 g-y)×1244=4.8 g,y=1.4 g

答：參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是9.2 g，生成一氧化碳的質(zhì)量是1.4 g。

點(diǎn)撥本題應(yīng)用元素守恒原則：即氫元素守恒（生成物水中氫元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中氫元素的質(zhì)量）和碳元素守恒（生成物一氧化碳和二氧化碳中碳元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中碳元素的質(zhì)量），將復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算化簡(jiǎn)，達(dá)到了快速準(zhǔn)確解題的目的。

例2鋅粉、鋁粉、鐵粉、鎂粉的混合物3.8 g與一定質(zhì)量的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的稀硫酸恰好完全反應(yīng)，將反應(yīng)后的混合物蒸發(fā)水分得固體（不含結(jié)晶水）11 g，則反應(yīng)中生成氫氣的質(zhì)量為（）。

A.0.15 gB.0.20 gC.0.30 gD.0.45 g

解析此題涉及四個(gè)反應(yīng)，如果應(yīng)用化學(xué)方程式很難求解。但化學(xué)反應(yīng)前后金屬元素的總質(zhì)量守恒，由此可求生成物中硫酸根的質(zhì)量為11 g-3.8 g=7.2 g?？汕蟮昧蛩嶂袣湓氐馁|(zhì)量為：

m(H)=7.2 g×2M(H)M(SO2-4)×100%

=7.2 g×148=0.15 g

即生成氫氣的質(zhì)量為0.15 g，則答案A正確。

變式訓(xùn)練18 g Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH的混合物與200 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的鹽酸恰好反應(yīng)，蒸干溶液，最終所得固體質(zhì)量為（B）。

A.8 gB.11.7 g

C.15.3 gD.無(wú)法計(jì)算

例31 L 1 mol/L NaOH的溶液中，通入0.8 mol的CO2，完全反應(yīng)后，溶液中CO2-3和HCO-3的物質(zhì)的量之比約是（）。

A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶3

解析根據(jù)元素守恒可以得到以下關(guān)系：

碳元素守恒：

n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=0.8 mol

鈉元素守恒：

2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=1 mol/L×1 L

最終解得n(Na2CO3)=0.2 mol,n(NaHCO3)=0.6 mol，即n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶3,故答案為D。

點(diǎn)撥本題抓住碳元素守恒和鈉元素守恒來(lái)解，可以省去寫(xiě)反應(yīng)方程式，更節(jié)省時(shí)間。

二、涉及多步反應(yīng)型

例4有一種含CaCO3與CaO的混合物，測(cè)得其中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，取該混合物16 g，經(jīng)高溫煅燒后，將剩余固體投入足量的水中，固體全部反應(yīng)生成Ca(OH)2，則生成Ca(OH)2的質(zhì)量為（）。

A.3.7 gB.7.4 g

C.14.8 gD.22.2 g

解析根據(jù)鈣元素守恒可知?dú)溲趸}中鈣元素的質(zhì)量為：16 g×50%=8 g,求得氫氧化鈣的質(zhì)量：m=8 g×M［Ca(OH)2］M(Ca)=14.8 g

故答案C正確。

例5用NH3制取HNO3要經(jīng)歷如下反應(yīng)：

①4NH3+5O2催化劑△4NO+6H2O

②2NO+O22NO2

③3NO2+H2O2HNO3+NO

問(wèn)：現(xiàn)在有10 t NH3，理論上可以制得HNO3多少?lài)崳?/p>

解析由以上三個(gè)化學(xué)方程式可知在氨轉(zhuǎn)化到硝酸中的過(guò)程中，氮元素（第三步反應(yīng)生成的一氧化氮可以循環(huán)使用）守恒。

解氨中氮元素全部轉(zhuǎn)化為HNO3的質(zhì)量為：

10t×M(HNO3)M(NH3)=10 t×6317×100%=37t

點(diǎn)評(píng)應(yīng)用元素守恒法可以簡(jiǎn)化計(jì)算，提高解題速度和正確率。

(收稿日期：2013-11-12)

守恒法是中學(xué)化學(xué)計(jì)算重要的解題方法之一，應(yīng)用守恒法解題常能達(dá)到事半功倍的效果。

一、涉及多個(gè)反應(yīng)型

例1一定量的乙醇在氧氣不足的條件下燃燒，得到CO、CO2和水的總質(zhì)量為27.6 g,其中水的質(zhì)量為10.8 g，計(jì)算參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是多少？生成一氧化碳的質(zhì)量是多少？

解析乙醇完全燃燒生成二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生很熟悉，但乙醇不完全燃燒生成一氧化碳、二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生們不熟悉，如果用一個(gè)總反應(yīng)來(lái)計(jì)算的話，學(xué)生配平起來(lái)會(huì)有困難，如果用兩個(gè)反應(yīng)來(lái)計(jì)算又會(huì)較繁，但用元素守恒來(lái)算就會(huì)簡(jiǎn)單得多。

生成物水中氫元素的質(zhì)量：

m(H)=10.8 g×2M(H)M(H2O)=1.2 g

設(shè)參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量為x,則

m(H)=6M(H)M(C2H6O)×x,求得x=9.2 g

乙醇中碳元素質(zhì)量：

m(C)=9.2 g×2M(C)M(C2H6O)=4.8 g

由題意得生成的CO、CO2總質(zhì)量為：

27.6 g-10.8 g=16.8 g

假設(shè)生成CO的質(zhì)量為y,則生成CO2的質(zhì)量為16.8 g-y，根據(jù)碳元素守恒：

y×1228+(16.8 g-y)×1244=4.8 g,y=1.4 g

答：參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是9.2 g，生成一氧化碳的質(zhì)量是1.4 g。

點(diǎn)撥本題應(yīng)用元素守恒原則：即氫元素守恒（生成物水中氫元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中氫元素的質(zhì)量）和碳元素守恒（生成物一氧化碳和二氧化碳中碳元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中碳元素的質(zhì)量），將復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算化簡(jiǎn)，達(dá)到了快速準(zhǔn)確解題的目的。

例2鋅粉、鋁粉、鐵粉、鎂粉的混合物3.8 g與一定質(zhì)量的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的稀硫酸恰好完全反應(yīng)，將反應(yīng)后的混合物蒸發(fā)水分得固體（不含結(jié)晶水）11 g，則反應(yīng)中生成氫氣的質(zhì)量為（）。

A.0.15 gB.0.20 gC.0.30 gD.0.45 g

解析此題涉及四個(gè)反應(yīng)，如果應(yīng)用化學(xué)方程式很難求解。但化學(xué)反應(yīng)前后金屬元素的總質(zhì)量守恒，由此可求生成物中硫酸根的質(zhì)量為11 g-3.8 g=7.2 g?？汕蟮昧蛩嶂袣湓氐馁|(zhì)量為：

m(H)=7.2 g×2M(H)M(SO2-4)×100%

=7.2 g×148=0.15 g

即生成氫氣的質(zhì)量為0.15 g，則答案A正確。

變式訓(xùn)練18 g Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH的混合物與200 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的鹽酸恰好反應(yīng)，蒸干溶液，最終所得固體質(zhì)量為（B）。

A.8 gB.11.7 g

C.15.3 gD.無(wú)法計(jì)算

例31 L 1 mol/L NaOH的溶液中，通入0.8 mol的CO2，完全反應(yīng)后，溶液中CO2-3和HCO-3的物質(zhì)的量之比約是（）。

A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶3

解析根據(jù)元素守恒可以得到以下關(guān)系：

碳元素守恒：

n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=0.8 mol

鈉元素守恒：

2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=1 mol/L×1 L

最終解得n(Na2CO3)=0.2 mol,n(NaHCO3)=0.6 mol，即n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶3,故答案為D。

點(diǎn)撥本題抓住碳元素守恒和鈉元素守恒來(lái)解，可以省去寫(xiě)反應(yīng)方程式，更節(jié)省時(shí)間。

二、涉及多步反應(yīng)型

例4有一種含CaCO3與CaO的混合物，測(cè)得其中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，取該混合物16 g，經(jīng)高溫煅燒后，將剩余固體投入足量的水中，固體全部反應(yīng)生成Ca(OH)2，則生成Ca(OH)2的質(zhì)量為（）。

A.3.7 gB.7.4 g

C.14.8 gD.22.2 g

解析根據(jù)鈣元素守恒可知?dú)溲趸}中鈣元素的質(zhì)量為：16 g×50%=8 g,求得氫氧化鈣的質(zhì)量：m=8 g×M［Ca(OH)2］M(Ca)=14.8 g

故答案C正確。

例5用NH3制取HNO3要經(jīng)歷如下反應(yīng)：

①4NH3+5O2催化劑△4NO+6H2O

②2NO+O22NO2

③3NO2+H2O2HNO3+NO

問(wèn)：現(xiàn)在有10 t NH3，理論上可以制得HNO3多少?lài)崳?/p>

解析由以上三個(gè)化學(xué)方程式可知在氨轉(zhuǎn)化到硝酸中的過(guò)程中，氮元素（第三步反應(yīng)生成的一氧化氮可以循環(huán)使用）守恒。

解氨中氮元素全部轉(zhuǎn)化為HNO3的質(zhì)量為：

10t×M(HNO3)M(NH3)=10 t×6317×100%=37t

點(diǎn)評(píng)應(yīng)用元素守恒法可以簡(jiǎn)化計(jì)算，提高解題速度和正確率。

(收稿日期：2013-11-12)

守恒法是中學(xué)化學(xué)計(jì)算重要的解題方法之一，應(yīng)用守恒法解題常能達(dá)到事半功倍的效果。

一、涉及多個(gè)反應(yīng)型

例1一定量的乙醇在氧氣不足的條件下燃燒，得到CO、CO2和水的總質(zhì)量為27.6 g,其中水的質(zhì)量為10.8 g，計(jì)算參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是多少？生成一氧化碳的質(zhì)量是多少？

解析乙醇完全燃燒生成二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生很熟悉，但乙醇不完全燃燒生成一氧化碳、二氧化碳和水的反應(yīng)學(xué)生們不熟悉，如果用一個(gè)總反應(yīng)來(lái)計(jì)算的話，學(xué)生配平起來(lái)會(huì)有困難，如果用兩個(gè)反應(yīng)來(lái)計(jì)算又會(huì)較繁，但用元素守恒來(lái)算就會(huì)簡(jiǎn)單得多。

生成物水中氫元素的質(zhì)量：

m(H)=10.8 g×2M(H)M(H2O)=1.2 g

設(shè)參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量為x,則

m(H)=6M(H)M(C2H6O)×x,求得x=9.2 g

乙醇中碳元素質(zhì)量：

m(C)=9.2 g×2M(C)M(C2H6O)=4.8 g

由題意得生成的CO、CO2總質(zhì)量為：

27.6 g-10.8 g=16.8 g

假設(shè)生成CO的質(zhì)量為y,則生成CO2的質(zhì)量為16.8 g-y，根據(jù)碳元素守恒：

y×1228+(16.8 g-y)×1244=4.8 g,y=1.4 g

答：參加反應(yīng)的乙醇的質(zhì)量是9.2 g，生成一氧化碳的質(zhì)量是1.4 g。

點(diǎn)撥本題應(yīng)用元素守恒原則：即氫元素守恒（生成物水中氫元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中氫元素的質(zhì)量）和碳元素守恒（生成物一氧化碳和二氧化碳中碳元素的質(zhì)量等于反應(yīng)物乙醇中碳元素的質(zhì)量），將復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算化簡(jiǎn)，達(dá)到了快速準(zhǔn)確解題的目的。

例2鋅粉、鋁粉、鐵粉、鎂粉的混合物3.8 g與一定質(zhì)量的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的稀硫酸恰好完全反應(yīng)，將反應(yīng)后的混合物蒸發(fā)水分得固體（不含結(jié)晶水）11 g，則反應(yīng)中生成氫氣的質(zhì)量為（）。

A.0.15 gB.0.20 gC.0.30 gD.0.45 g

解析此題涉及四個(gè)反應(yīng)，如果應(yīng)用化學(xué)方程式很難求解。但化學(xué)反應(yīng)前后金屬元素的總質(zhì)量守恒，由此可求生成物中硫酸根的質(zhì)量為11 g-3.8 g=7.2 g?？汕蟮昧蛩嶂袣湓氐馁|(zhì)量為：

m(H)=7.2 g×2M(H)M(SO2-4)×100%

=7.2 g×148=0.15 g

即生成氫氣的質(zhì)量為0.15 g，則答案A正確。

變式訓(xùn)練18 g Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH的混合物與200 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的鹽酸恰好反應(yīng)，蒸干溶液，最終所得固體質(zhì)量為（B）。

A.8 gB.11.7 g

C.15.3 gD.無(wú)法計(jì)算

例31 L 1 mol/L NaOH的溶液中，通入0.8 mol的CO2，完全反應(yīng)后，溶液中CO2-3和HCO-3的物質(zhì)的量之比約是（）。

A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶3

解析根據(jù)元素守恒可以得到以下關(guān)系：

碳元素守恒：

n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=0.8 mol

鈉元素守恒：

2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=1 mol/L×1 L

最終解得n(Na2CO3)=0.2 mol,n(NaHCO3)=0.6 mol，即n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶3,故答案為D。

點(diǎn)撥本題抓住碳元素守恒和鈉元素守恒來(lái)解，可以省去寫(xiě)反應(yīng)方程式，更節(jié)省時(shí)間。

二、涉及多步反應(yīng)型

例4有一種含CaCO3與CaO的混合物，測(cè)得其中鈣元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，取該混合物16 g，經(jīng)高溫煅燒后，將剩余固體投入足量的水中，固體全部反應(yīng)生成Ca(OH)2，則生成Ca(OH)2的質(zhì)量為（）。

A.3.7 gB.7.4 g

C.14.8 gD.22.2 g

解析根據(jù)鈣元素守恒可知?dú)溲趸}中鈣元素的質(zhì)量為：16 g×50%=8 g,求得氫氧化鈣的質(zhì)量：m=8 g×M［Ca(OH)2］M(Ca)=14.8 g

故答案C正確。

例5用NH3制取HNO3要經(jīng)歷如下反應(yīng)：

①4NH3+5O2催化劑△4NO+6H2O

②2NO+O22NO2

③3NO2+H2O2HNO3+NO

問(wèn)：現(xiàn)在有10 t NH3，理論上可以制得HNO3多少?lài)崳?/p>

解析由以上三個(gè)化學(xué)方程式可知在氨轉(zhuǎn)化到硝酸中的過(guò)程中，氮元素（第三步反應(yīng)生成的一氧化氮可以循環(huán)使用）守恒。

解氨中氮元素全部轉(zhuǎn)化為HNO3的質(zhì)量為：

10t×M(HNO3)M(NH3)=10 t×6317×100%=37t

點(diǎn)評(píng)應(yīng)用元素守恒法可以簡(jiǎn)化計(jì)算，提高解題速度和正確率。

(收稿日期：2013-11-12)