守恒定律巧解較為復雜的計算題

◇　江蘇　丁志芬

守恒定律巧解較為復雜的計算題

◇江蘇丁志芬

質量守恒定律是中學化學中最為重要的定律之一．它貫穿整個中學化學的教學,也是中考及高考的必考內容之一,每年的中考或是高考中都會有相應的選擇題或是非選擇題直接考查質量守恒定律.本文用一道計算型選擇題來解析原子數(shù)目守恒在中、高考化學試題中的應用．

A11.2g；B5.6g；

C2.8g；D無法計算

①Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，

②FeO+2HCl=FeCl2+H2O，

③Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O.

由反應方程式可知,所得溶液中含有的溶質為FeCl2和FeCl3,但在所得溶液中加入硫氰化鉀溶液時溶液不變紅色,即溶液中應該不含有Fe3+,所以還應該發(fā)生的反應為

④Fe+2FeCl3=3FeCl2．

可以假設原有混合物中的FeO、Fe、Fe3O4的物質的量分別為x、y、z,根據(jù)鹽酸恰好將固體溶解和化學方程式計算可以得到FeO、Fe、Fe3O4與鹽酸的關系方程式:x+y+3z=0.05mol．

再根據(jù)題中所提的問題分析,用足量的CO在高溫下還原相同質量的此混合物,得到的鐵實際就是原混合物中的鐵元素,由此可以得到原混合物中鐵元素的物質的量也為x+y+3z．從而可以得到含有的鐵元素為0.05mol,也即CO還原后得到的鐵為2.8g．答案為C．

方法2原子數(shù)目守恒法(即質量守恒定律的應用),即利用反應前后元素種類、原子數(shù)目不發(fā)生改變來解決問題．可以這樣來分析本題,因為本題提出的問題是用CO還原混合物得到鐵的質量,也就是原混合物中鐵元素的質量,因而可以根據(jù)鐵及鐵的氧化物溶于鹽酸而得到的溶液中原子數(shù)目守恒而進行問題解決．當一定量的Fe、FeO、Fe3O4的混合物恰好溶解于100mL1mol·L-1的鹽酸中得到的一定是鐵的氯化物(FeCl2或FeCl3和FeCl2)的水溶液,而在該溶液中滴加KSCN溶液時溶液不變紅色,由此可知所得的溶液中只有FeCl2,根據(jù)原子數(shù)目守恒,溶液中的鐵元素與氯元素的物質的量比為1∶2,而溶液中的氯離子就是來自于鹽酸中的氯離子,因而溶液中Cl-的物質的量即為0.1mol,從而可得溶液中Fe2+的物質的量為0.05mol,從而可得原混合物中的鐵元素的質量為0.05mol×56g·mol-1=2.8g．

變式訓練將25g的鋁、鎂的混合物恰好溶解于一定量的鹽酸中,再加入1mol·L-1250mL的氫氧化鈉溶液,恰好使溶液中的金屬離子全部轉化為沉淀,在金屬混合物溶解于鹽酸時所產生的氫氣的體積在標準狀況下為________L．

分析將鋁和鎂恰好溶解于鹽酸后,再加入氫氧化鈉溶液將所有的金屬離子轉化為沉淀,則可以根據(jù)化學反應方程式進行計算,設鎂和鋁的物質的量分別為x、y,列出2個方程式進行計算,求出鎂和鋁的物質的量后再根據(jù)方程式列式計算出生成氫氣的體積,其具體的計算可由讀者自行驗算．但如果用原子守恒的方法,則計算會比較簡單,金屬全部恰好溶于鹽酸,生成的氫氣由原鹽酸中所有的H+轉化而來,在所得溶液中加入氫氧化鈉溶液恰好將金屬離子轉化為沉淀,則剩余溶液中的溶質為NaCl,因此可知加入氫氧化鈉的物質的量等于原鹽酸中的Cl-的物質的量,則根據(jù)原子數(shù)目守恒就可以使問題迎刃而解．

由以上例題可以看出,只要是能用化學方程式列式計算解決的化學計算類問題,一般都可以通過原子數(shù)目守恒的方法進行問題解決,這是因為化學方程式就是質量守恒定律的體現(xiàn)．當然,化學中的質量守恒定律并不僅僅是體現(xiàn)在化學反應中的元素種類守恒、原子數(shù)目及質量的守恒,同時也可以體現(xiàn)在化學反應中的離子所帶電荷的守恒,還體現(xiàn)在氧化還原反應中的電子得、失數(shù)目守恒等方面,在這些類型的化學計算問題中同樣可以用守恒法進行解決,不僅可以節(jié)省時間,同時也讓我們體驗到化學的守恒之美．

(作者單位：江蘇省東臺市第一中學)