活用守恒關(guān)系 七解化學(xué)問(wèn)題

田禮華

守恒關(guān)系在自然學(xué)科中有著多種形式，而中學(xué)化學(xué)面，主要包括質(zhì)量守恒、能量守恒和電荷守恒等三大守恒體系.搞清它們的守恒關(guān)系及應(yīng)用范圍和方法，對(duì)于系統(tǒng)地理解、掌握相關(guān)的化學(xué)知識(shí)和解答化學(xué)習(xí)題都有一定的幫助.活用守恒關(guān)系，在化學(xué)解題中可以起到事半功倍的效果.

一、質(zhì)量守恒關(guān)系

在解題時(shí)衍生為質(zhì)量守恒；同一元素的微粒數(shù)守恒，稱(chēng)原子或離子守恒.

1.質(zhì)量守恒

參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，這個(gè)規(guī)律就是質(zhì)量守恒定律.依據(jù)該定律，經(jīng)常采用以下等量關(guān)系：反應(yīng)物的質(zhì)量之和等于產(chǎn)物的質(zhì)量之和，反應(yīng)物減少的總質(zhì)量等于產(chǎn)物增加的總質(zhì)量.

例1質(zhì)量為ag的丁烷，在高溫下按以下兩種方式發(fā)生了裂化：①C4H10C2H6+C2H4，②C4H10CH4+C3H6.求其完全裂化后，所得混合氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度為（）.

A.29 B.14.5 C.7 D.無(wú)法確定

解析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，無(wú)論按①還是②丁烷裂化，1摩爾丁烷只能裂化為兩摩爾的混合氣體，故兩摩爾的混合氣體的質(zhì)量和1摩爾的丁烷的質(zhì)量相等，因此丁烷裂化后生成的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為58/2=29g/mol，所以混合氣體相對(duì)于氫氣的密度為29/2=14.5.答案為B.題中所給的丁烷的質(zhì)量ag是一個(gè)干擾條件.

2.同一元素的微粒數(shù)守恒

質(zhì)量守恒的實(shí)質(zhì)是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中原子重新組合的過(guò)程，因此在反應(yīng)過(guò)程中某種元素的原子在反應(yīng)前后保持原子的質(zhì)量守恒，即原子的物質(zhì)的量守恒.

例2用1L1.0mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中的CO2-3和HCO-3的物質(zhì)的量濃度之比是（）.

A.1∶3B.2∶1C.2∶3D.3∶2

解析：設(shè)反應(yīng)生成的Na2CO3的物質(zhì)的量為xmol，生成的NaHCO3的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)Na+守恒可得：2x+y=1.0mol/L×1L；根據(jù)C原子守恒可得：x+y=0.8mol，聯(lián)立兩個(gè)方程式可求出x=0.2mol，y=0.6mol，則CO2-3、HCO-3 物質(zhì)的量濃度之比為1∶3 .答案為A .

二、電荷守恒關(guān)系

在解題時(shí)又衍生為電子守恒，電荷守恒.

1.電子守恒

在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子總數(shù)必等于還原劑所失去的電子總數(shù).

例324ml濃度為0.05mol/L的Na2SO3溶液，恰好與20ml濃度為0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反應(yīng)，則元素Cr在被還原的產(chǎn)物中的化合價(jià)是（）.

A.+6B.+3C.+2D.0

解析：Na2SO3的物質(zhì)的量=24×10-3L×0.05mol/L=1.2×10-3mol，K2Cr2O7的物質(zhì)的量=20×10-3L×0.02mol/L=0.4×10-3mol，Na2SO3和K2Cr2O7的物質(zhì)的量之比為3∶1.Na2SO3中的S原子失電子被氧化，化合價(jià)從+4價(jià)升高到+6價(jià)，失電子總數(shù)為：3×（6-4）；K2Cr2O7中的Cr原子得電子被還原，得電子總數(shù)為：2×（6-x）；根據(jù)電子守恒：3×（6-4）=2×（6-x），解得x=3.答案為B.

2.電荷守恒

離子的電荷是原子得失電子的標(biāo)志，因此，電荷守恒與電子守恒是等價(jià)的.在電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)電離的陰、陽(yáng)離子所帶正、負(fù)電荷總數(shù)相等.陰離子的物質(zhì)的量×陰離子的電荷數(shù)=陽(yáng)離子的物質(zhì)的量×陽(yáng)離子的電荷數(shù).

例4將Fe和Fe2O3的混合物2.27克，加入到50ml1.6mol/L的鹽酸中，恰好能完全溶解，所得溶液經(jīng)KSCN檢驗(yàn)，溶液不顯紅色，若忽略溶液體積變化，所得溶液中Fe2+的物質(zhì)的量濃度是（）.

A.0.3mol/LB.04mol/LC.0.8mol/LD.1.6mol/L

解析：溶液中陽(yáng)離子只有Fe2+（不考慮水的電離，且為加入KSCN溶液前），陰離子只有Cl-.由電荷守恒得：Fe2+的物質(zhì)的量×2= Cl-的物質(zhì)的量×1，又因?yàn)橥蝗芤褐?，溶液體積相同，則[Fe2+]=1/2×1.6mol/L，故答案為C.

此題用常規(guī)方法解題需寫(xiě)出三個(gè)方程式，列二元一次方程組，非常耗時(shí)，難于計(jì)算.

三、能量守恒關(guān)系

在中學(xué)階段運(yùn)用能量守恒進(jìn)行定量計(jì)算的較少，常見(jiàn)的是熱化學(xué)方程式這種關(guān)系進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)物、生成物的量及反應(yīng)熱的簡(jiǎn)單計(jì)算.計(jì)算不難，不再舉例.

總之，在化學(xué)教學(xué)中，運(yùn)用三大守恒體系所衍生出來(lái)的守恒關(guān)系來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題，可使解題方法簡(jiǎn)單且步驟簡(jiǎn)化，從而收到事半功倍的效果.