巧用始末分析法 復雜問題簡單化

陜西 趙 維

(作者單位：陜西省渭南高級中學)

巧用始末分析法 復雜問題簡單化

在研究化學反應時，我們經(jīng)常會見到多步反應。這類反應的一大特點就是分步反應中某一步的某些產(chǎn)物又作為另一反應的反應物參與下一步反應。傳統(tǒng)的解方是一步一步分析，分割計算直至得出最終結果。但由于此類題目一般給出的量比較少，且多給起始量和終了量，中間分步反應的多個量可能需要大量數(shù)學運算才能獲得，如果分析不到位或者不細心，很有可能出現(xiàn)少算、多算和漏算的情況，最終導致做了大量的分析計算，卻得到了錯誤的結果，這會大大削弱學生學習的信心。對于此類題，如果我們能換個思路，既然分步分析復雜且效果不好，那我們就采取整體分析法，從反應的起始和終了狀態(tài)來把握整個反應，運用守恒思想來處理。采用“始末分析法”，就可以把多步反應的復雜問題變得簡單，使此類問題得到快速而準確地解決。

【高考速遞】

(2016天津，7節(jié)選)銅與一定濃度的硝酸和硫酸的混合酸反應，生成的鹽只有硫酸銅，同時生成的兩種氣體均由上表中兩種元素組成(已推知為N、O)，氣體的相對分子質(zhì)量都小于50。為防止污染，將產(chǎn)生的氣體完全轉化為最高價含氧酸鹽，消耗1 L 2.2 mol/L NaOH溶液和1 mol O2，則兩種氣體的分子式及物質(zhì)的量分別為 ________ ，生成的硫酸銅物質(zhì)的量為________。

答案： NO 0.9 mol，NO21.3 mol； 2 mol

始末分析法解析：生成氣體的相對分子質(zhì)量小于50，可知生成的兩種氣體只能是NO和NO2， 設二者的物質(zhì)的量分別為xmol和ymol，由質(zhì)量守恒和電荷守恒可知：x+y=2.2 mol/L×1 L，由得失電子相等可知，3x+y=1×4，解得：x=0.9 mol，y=1.3 mol。生成硫酸銅的物質(zhì)的量可采用始末分析法求解，n(Cu)×2=n(O2)×4，n(CuSO4)=n(Cu)=2 mol。

題型一：運用電子守恒的始末分析法

( )

A.1.6 g___________B.3.2 g___________C.6.4 g___________D.12.8 g

解析：本題反應過程如下：

答案：C

典例2：取amol KMnO4固體加熱一段時間后，收集到bmol單質(zhì)氣體M。在反應的殘留固體中加入過量的濃鹽酸加熱充分反應，又收集到cmol單質(zhì)氣體N，Mn元素全部以Mn2+形式存在于反應后的溶液中，則b=___________ 。

解析：本題若分步解決，則涉及多個反應方程式，且量的關系均以字母形式表示，在分步解決過程中還應討論字母的關系，過于麻煩。但通過分析我們可知：單個氧化還原反應得失電子相等，總反應過程得失電子也相等。因此，我們采用始末分析法，找始態(tài)和終態(tài)，用得失電子相等計算，省略中間過程，簡化計算。

這些問題我們是解答不了的，因為除了按書本章節(jié)背了一些理論外，其他就不甚了了。巴克夏被問得支支吾吾，滿頭冒汗，求援似的望著我。我靈機一動，連忙遮掩：“大家問的都是關于農(nóng)作物的疾病與蟲害部分，將來會講到的，現(xiàn)在暫不涉及——”

答案：b=1.25a-0.5c

【規(guī)律方法】典例1,2均是反應過程中發(fā)生多個氧化還原反應，分步分析，寫方程式，分割求解均難以操作或很煩瑣，對解題造成很大不便。但若能分析反應前后的始態(tài)和終態(tài)，根據(jù)始末狀態(tài)物質(zhì)化合價的變化，對整個反應過程運用得失電子相等列式，解題思路清晰明了，解題步驟少易操作，且耗時少但準確率高，收獲的是事半功倍的效果。

題型二：運用質(zhì)量守恒和電荷守恒的始末分析法

典例3：向一定量的Fe、FeO、Fe2O3混合物中加入1 mol·L-1的鹽酸100 mL，恰好使混合物完全溶解，放出 0.01 mol 氣體，向所得的溶液中加入硫氰化鉀，無血紅色出現(xiàn)，若用足量的氫氣在加熱條件下還原相同質(zhì)量的混合物，能得到鐵的質(zhì)量為

( )

A.2.8 g___________B.5.6 g___________C.11.2 g___________D.22.4 g

如果直接按照反應步驟，分步求解混合物中各成分的含量，進而根據(jù)方程式求解被H2還原得到的Fe的質(zhì)量，顯然分析與計算量很大。觀察反應流程可發(fā)現(xiàn)：起始混合物中所有的Fe元素最終都轉移到了終態(tài)產(chǎn)物FeCl2溶液中，HCl中的Cl元素也全部轉移到了FeCl2溶液中，這即是質(zhì)量守恒思想，然后再結合電荷守恒2n(Fe2+)=n(Cl-)可得，n(鐵元素)=0.5n(Cl-)=0.5n(HCl)=0.5c(HCl)·V(HCl)=0.5×1 mol·L-1×0.1 L=0.05 mol，所以還原得到的Fe的質(zhì)量為m(Fe)=0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g。

答案：A

典例4：一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入200 mL 2 mol·L-1的HNO3中，固體完全溶解后，生成0.1 mol NO(HNO3還原產(chǎn)物僅此一種)。再向反應后的溶液中加入1 mol·L-1的NaOH溶液，要使鐵元素完全沉淀下來，加入NaOH溶液的體積最少是

( )

A.250 mL___________B.300 mL___________C.450 mL___________D.500 mL

答案：B

典例5：現(xiàn)有19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3組成的混合物，將它完全溶解在540 mL 2.00 mol·L-1的H2SO4溶液中，收集到標準狀況下的氣體8.96 L。已知混合物中，F(xiàn)e、FeO、Al、Al2O3的質(zhì)量分數(shù)分別為0.284、0.183、0.274和0.259。欲使溶液中的金屬陽離子完全轉化為氫氧化物沉淀，至少應加入2.70 mol·L-1的NaOH溶液體積是___________ 。

答案：800 mL

【規(guī)律方法】典例3，4，5均是在分析多步反應始態(tài)和終態(tài)的基礎上應用質(zhì)量守恒和電荷守恒來處理問題。任何化學反應都滿足質(zhì)量守恒定律，因此，質(zhì)量守恒法是化學定量計算中必須高度重視的一種解題方法。在此基礎上，我們再輔助電荷守恒關系，抓住反應過程中的不變量來列式求解，可以快速解決一些復雜的運算。

【總結】“始末分析法”實質(zhì)就是守恒法。靈活運用質(zhì)量守恒、得失電子相等以及電荷守恒去解決一些多步反應所涉及的計算問題，不僅可以避開復雜的反應過程，抓住問題核心直接分析，更重要的是可以將復雜問題簡單處理，化難為易，化繁為簡，提高解題效率。

綜合訓練

1.足量銅與一定量濃硝酸反應，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO 的混合氣體，這些氣體與aL O2(標準狀況)混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入bmol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積為___________ L(用a、b表示)。

2.ag Cu-Mg合金溶解在一定量的某濃度的稀HNO3中，收集到標準狀況下bL NO氣體(設HNO3還原產(chǎn)物只有NO)，向反應后溶液中加入足量NaOH溶液，計算沉淀質(zhì)量為___________ g(用a、b表示)。

答案及解析

(作者單位：陜西省渭南高級中學)