化學(xué)解題方法和技巧之守恒法

【摘 要】利用守恒法解題的優(yōu)點(diǎn)是基于宏觀的統(tǒng)攬全局的方式列式，避開復(fù)雜的運(yùn)算，不去追究細(xì)枝末節(jié)，因而能使復(fù)雜的計(jì)算化繁為簡(jiǎn)，化難為易。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)計(jì)算 質(zhì)量守恒 得失電子守恒 電荷守恒

【中圖分類號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2014）13-0152-01

在化學(xué)計(jì)算題中，守恒法是一種重要的解題方法和技巧。所謂“守恒”，就是利用化學(xué)反應(yīng)前后的某些量之間的等價(jià)關(guān)系，推理得到正確答案的方法。守恒法的運(yùn)用可以快速地解決復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算，從而提高解題速度和準(zhǔn)確度。在化學(xué)中有多種守恒關(guān)系，主要包括質(zhì)量守恒（原子守恒）、得失電子守恒和電荷守恒。本文就這三種守恒關(guān)系的運(yùn)用逐一例解說明。

一 質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒指在任何化學(xué)反應(yīng)中，其反應(yīng)前后的質(zhì)量總是不變的?；瘜W(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是物質(zhì)的原子重新組合成新的物質(zhì)，在這個(gè)過程中，原子的種類和個(gè)數(shù)沒有發(fā)生變化，因此，原子亦守恒。

例1，38.4g銅跟適量濃硝酸反應(yīng)，銅全部反應(yīng)后，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體22.4L（忽略NO2和N2O4的相互轉(zhuǎn)化），求反應(yīng)消耗的HNO3的物質(zhì)的量。

分析：銅與硝酸反應(yīng)，由于濃度不同，產(chǎn)物有NO和NO2兩種。如果通過化學(xué)方程式計(jì)算比較煩瑣，需要設(shè)多個(gè)未知數(shù)。如果利用氮原子守恒解題，將會(huì)大大減少運(yùn)算步驟，加快運(yùn)算速度。反應(yīng)中消耗的硝酸分為兩部分，一部分仍以NO3-離子存在于溶液中，與Cu2+結(jié)合，另一部分轉(zhuǎn)化為NO和NO2氣體。

解答：消耗的硝酸n（HNO3）=n（Cu2+）×2+n（NO）+n（NO2）=38.4×2/64+22.4/22.4=2.2（mol）。

二 得失電子守恒

在氧化還原反應(yīng)中，還原劑失電子的總數(shù)與氧化劑得電子的總數(shù)相等。也就是說，在化學(xué)反應(yīng)前后參加反應(yīng)的物質(zhì)的總電子是守恒的，這一原理廣泛應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)中的各類計(jì)算。

例2，足量的銅與一定量的濃硝酸反應(yīng)得NO2、N2O4和NO的混合氣體，這些氣體與1.68L標(biāo)況下的O2混合投入水中，所有氣體被水吸收成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5mol/L NaOH，直到銅離子恰好完全沉淀，則消耗氫氧化鈉的體積是多少？

分析：該反應(yīng)過程涉及還原產(chǎn)物有三種，利用化學(xué)方程式無法進(jìn)行運(yùn)算，但根據(jù)題目條件，可以根據(jù)O2的量計(jì)算。反應(yīng)過程中，HNO3首先被Cu還原成氮的氧化物，氮的氧化物后被O2氧化成HNO3，根據(jù)得失電子守恒，Cu失電子的總數(shù)與O2得電子的總數(shù)相等，可以求算出Cu的物質(zhì)的量，進(jìn)而求算出沉淀所需NaOH的體積。

解答：n（Cu）=2n（O2）=1.68×2/22.4=0.15mol

m[Cu（OH）2]=0.15×98=14.7g

三 電荷守恒

電荷守恒定律是物質(zhì)學(xué)的基本定律之一。它指出，無論發(fā)生什么變化，其中所有的電荷的代數(shù)和永遠(yuǎn)保持不變。電荷守恒定律表明，如果某一區(qū)域中電荷增加或減少了，那么必定有等量的電荷進(jìn)入或離開該區(qū)域。在化學(xué)計(jì)算中，電荷守恒定律經(jīng)常應(yīng)用于溶液中的相關(guān)計(jì)算，在混物溶液中，陽(yáng)離子所帶的正電荷與陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。

例3，由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液中，其pH=1，c（SO42-）=0.8mol/L，c（Al3+）=0.4mol/L，則c（K+）為多少？

分析：混合溶液中，有多種陽(yáng)離子，只有一種陰離子，根據(jù)電荷守恒：c（H+）+c（K+）+3c（Al3+）=2c（SO42-）

解答：c（K+）=2c（SO42-）-3c（Al3+）-c（H+）=0.3 mol/L。

在進(jìn)行解題時(shí)，如何選擇并應(yīng)用上述方法對(duì)于正確快速地解答題目十分關(guān)鍵。首先必須明確每種守恒法的特點(diǎn)，然后挖掘題目中存在的守恒關(guān)系，最后巧妙地選取方法，正確地解答題目。在涉及溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度等問題時(shí)，應(yīng)多考慮使用電荷守恒與質(zhì)量守恒；在涉及氧化還原反應(yīng)中氧化劑、還原劑得失電子及反應(yīng)前后化合價(jià)等問題時(shí)，應(yīng)多考慮使用得失電子守恒；在涉及多步復(fù)雜的化學(xué)過程的問題時(shí)，應(yīng)多考慮使用質(zhì)量守恒。

守恒法解題成功的關(guān)鍵在于從諸多變化和繁雜的數(shù)據(jù)中找到某一不變的物理量及其對(duì)應(yīng)的關(guān)系，避免書寫繁瑣的化學(xué)方程式和細(xì)枝末節(jié)的干擾，提高解題的速度和準(zhǔn)確度。

〔責(zé)任編輯：范可〕