守恒法“巧解”化学计算题
作者 :  马娟

  在化学计算题中数字千变万化,但解题思路和基本方法是不变的,可以根据物质的质量进行计算,或者根据物质的量计算.它们是化学计算中应掌握的基本知识,但由此衍变出的各种解题的技巧、方法,使得化学计算更加简单化,如守恒法是计算题中常用的一种解题方法.
  
  所谓“守恒法”解题就是利用一个体系变化前后的某些量之间的等价关系,以此作为解题依据,推理得到正确答案的方法.其特点是可以避开某些繁琐的中间过程,避免书写复杂的化学反应方程式,提高解题速度和准确度.常用的守恒法有质量守恒、元素(原子)守恒、电荷守恒、得失电子守恒等,下面就各种守恒法对应的举几个例题来说明其应用.
  
  1.参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和――质量守恒
  
  例1向KI溶液中加入AgNO3溶液,直到恰好完全反应,反应后溶液的质量恰好等于原KI溶液的质量,则原AgNO3溶液的质量分数为( ).
  
  A.72.3% B.50% C.48.3% D.38%
  
  解析此题是出现多年的无数据型的计算题,总有许多学生感到困惑,无从下手.
  
  化学方程式AgNO3+KIKNO3+AgI↓由质量守恒可知反应后溶液质量为m(AgNO3溶液)+m(KI溶液)-m(AgI沉淀),
  由题意得m(AgNO3溶液)+m(KI溶液)-m(AgI沉淀)=m(KI溶液),即m(AgNO3溶液)=m(AgI沉淀).
  
  设硝酸银质量为x克,碘化银为y克
  
  由方程式AgNO3+KIKNO3+AgI↓
  
  170 235
  
  x y,得 x=170y/235
  
  m(AgNO3)=170y/235克,m(AgNO3溶液)=y克,所以
  w(AgNO3)=170y/235y×100%=72.3%.答案:A.
  
  2.寻找化学式中正负化合价总数绝对值相等,确立化学式――化合价守恒
  
  例2国际上已禁止民用产品使用石棉,避免吸入石棉纤维而诱发肺病.某种石棉的化学式可表示为
  Ca2MgxSiyO22(OH)2,式中x,y的值分别为().
  
  A.8,3 B.5,8C.3,8D.8,5
  
  解析由元素常见化合价知该化合物中正化合价总数为4+2x+4y,负化合价总数绝对值为46,两数相等知x、y需满足x+2y=21,代入选项,答案:B
  
  3.根据几个连续或平行反应前后某种微粒的物质的量保持不变巧解运算――元素(原子)守恒
  
  例3有一在空气中暴露过的KOH固体,经分析含H2O 2.8%,K2CO3 7.2%,KOH 90%,取1 g该样品投入25 mL浓度为2 mol・L-1的盐酸中,中和多余的盐酸又用去1.07 mol・L-1的KOH溶液30.8 mL,将中和后的溶液蒸干,所得固体的质量是( ).
  
  A.3.725 g B.4 g C.4.5 g D.7.45 g
  
  解析如果按具体步骤一步一步地计算是可以的,但计算起来较麻烦.仔细分析,最后得到的固体为KCl,氯元素来源于加入的盐酸,由氯元素守恒可知:
  
  n(KCl)=n(HCl)=0.025 L×2 mol・L-1=0.05 mol
  
  m(KCl)=0.05 mol×74.5 g・mol-1=3.725g, 答案:A
  
  4.在溶液中,阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数,求离子所带的电荷或某离子的物质的量或物质的量浓度――电荷守恒
  
  例4在MgCl2、KCl、K2SO4三种盐的混合溶液中,若K+、Cl-各为1.5mol,Mg2+为0.5 mol,则SO2-4的物质的量为().
  
  A. 0.1 mol B. 0.5 mol C. 0.15 mol D. 0.25 mol
  
  解析该混合溶液中阳离子有K+、
  Mg2+,所带正电荷总物质的量为1.5 mol +0.5 mol×2=2.5 mol;溶液中阴离子有Cl-、SO2-4,设SO2-4物质的量为x mol,所带负电荷总物质的量为1.5 mol+x mol×2, 则由电荷守恒得1.5 mol+x mol×2=2.5 mol,知SO2-4的物质的量为0.5 mol,答案:B
  
  5.根据氧化还原反应中氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等而进行的有关计算――得失电子守恒.
  
  例5(NH4)2SO4在强热条件下分解,生成NH3、SO2、N2和H2O,反应中生成的氧化产物和还原产物的物质的量之比是().
  
  A.1∶3B.2∶3C.1∶1D.4∶3
  
  解析(NH4)2SO4→NH3+SO2+N2+H2O,氧化产物是N2,还原产物是SO2;每生成1 mol N2需失去6 mol电子,每生成1 mol SO2只得到2 mol电子,所以N2和 SO2的物质的量之比是1∶3,答案:A.氧化还原反应贯穿于整个高中化学的教学,是高考的热点. 在高考命题中,确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物的量的多少或量的比例,确定氧化剂、还原剂、氧化产物或还原产物中元素的价态或种类,有关电化学及其他有关氧化还原反应的计算等题型用电子守恒法解题具有很强的实用性.
  
  守恒法在不同的题中会有不同的变换形式,只要找到一个不变的量,就会使问题迎刃而解,当然有的题中也会用到多种守恒关系或者其它解题方法,要注意相互结合灵活运用.
  
  例6将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应,铜完全溶解产生的混合气体在标准状况下的体积为11.2 L.请回答:
  
  (1) NO的体积为 L,NO2的体积为L.
  
  (2) 待产生的气体全部释放后,向溶液加入V mL a mol・L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原硝酸溶液的浓度为 mol・L-1.
  
  (3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3,至少需要30%的双氧水 g.
  
  解析(1)已知0.51 mol铜全部溶解,生成NO和NO2共0.5 mol,即n(NO)+n(NO2)=0.5 mol.
  
  运用电子守恒得n(NO)×3+n(NO2) ×1=0.51 mol×2
  
  解方程组得n(NO)=0.26 mol, n(NO2)=0.24 mol;NO、NO2的体积分别为5.824 L、5.376 L.
  
  (2)待产生的气体全部释放后,溶液成分为HNO3和Cu(NO3)2,加入NaOH,则转化为NaNO3,原硝酸中N以NaNO3、NO、NO2形式存在,根据N原子守恒n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)+n(NO2)=(aV×10-3+0.5)/0.14 mol・L-1
  
  (3)再用双氧水氧化,双氧水得到的电子即为铜失去的电子,据电子守恒,所需双氧水质量为0.51 mol×2/2×34 g・mol-1/30%=57.8 g
  

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