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利用守恒法巧解竞赛题

作者: 阮春华

  根据化学式的计算是竞赛中的一种必考题型,分值往往为2-5分,此类题在题型上形式多样,设置上注重创新,剖题时讲究思维灵活,解法上方法多变,下面分类例析:
  
  一、利用化学式中元素种类和元素质量守恒法巧解题
  
  此类题利用化学反应前后化学式中各元素种类和质量均保持不变的原理进行求解。
  例1 常用烯烧法测定有机物的组成,现取23g克某有机物在足量的氧气中完全燃烧,生成4.4gco2:和2.7gH2O。对该物质的组成有下列推断:①一定含C、H元素;②一定不合0元素;③可能含O元素;④一定含O元素;⑤分子中C、H的原子个数比为2:5;⑥分子中C、H、O的元素质量比为12:3:8。其中正确的是( )。
  A.①②⑤ B.①④⑥
  C.①③⑤
  D.①④⑤
  解析:本题需通过化学式计算来判断该有机物中所含元素。根据质量守恒定律,可知该有机物中一定含有c、H两种元素,关键是判断该有机物中有无氧元素和其他元素,根据二氧化碳和水的化学式计算可知:
  4.4gCO2中含c质量:4.4g×12/44=1.2g,O质量:4.4g-1.2g=3.2g,2.7gH2O中含H质量:2.7g×1×2/44=0.3g,O质量:2.7g-0.3g=2.4g。
  产物中c、H两种元素的质量总和为:1.2g+0.3g=1.5g<2.3g,则该有机物中除含有c、H两种元素,还一定含有O元素,质量为2.3g-(1.2g+0.3g)=0.8g。
  则该分子中含c、H、O的元素质量比1.2g:0.3g:0.8g=12:3:8,选B。
  
   二、利用化学式中元素化合价守恒法巧解题
  
  在化合物中,所有元素化合价的代数和等于零,利用同种元素在不同化合物中化合价基本不变,可以求算其化学式。
  例2 Fe3O4可以写成Fe2O3・FeO,根据化合价规律和这种书写方法,若将Pb3O4用上述氧化物形式表示,可写成(铅的化合价一般为+2、+4价)。
  解析:这是一道典型的信息给予题,不少考生“依葫芦画瓢”,错误地得出Pb3O4。的氧化物形式表示为:Pb2O3-PbO,而忽视了题干给出的另一个非常重要的信息:铅的化合价与铁的不同。本题要求考生灵活地运用化合价守恒和题干信息进行迁移、创新,由化合价守恒可知:
  Pb3O4中Pb3的化合价总数为+8,的化合价总数为-8.将3个Pb原子分成两组:
  
  由I得Pb化合价总和为+8,合理;
  由Ⅱ得Pb化合价总和为+10,不合理。
  故Pb3O4写成氧化物形式为。
  
  三、利用化学式中元素质量比守恒法巧解题
  
  由于化合物都有固定的组成,即一种物质由哪些元素组成,这些元素的质量比或原子个数比,都是一定的,这一规律就叫做定组成定律(或定比定律)。根据这一定理,可利用试题中潜在的某些量之间比例不变的原理来创造性地快速解决问题。
  例3 若100g过氧化氢(化学式为)水溶液中氢元素的质量分数为10%,则此溶液中过氧化氢的质量分数是( )。
  A.10% B.11.25% C.17.75%D.21.25%
  解析:此题若采用常规解法,比较复杂,从题给信息看,题目提供了两个均由H、O元素组成的物质的化学式H2O2:和H2O,可以肯定两个化学式之间必然有某种内在的联系,经分析发现如先将H2O2:拆分转化为H2O・O,则可将过氧化氢溶液看成是由“H2O”和“O”组成的“混合物”,由于“H2O”中H元素与“H2O”的质量比为一定值(设“H2O”质量分数为x),则有:
  H2O-2H
  18 2
  x 10%
  18:2=x:10%,解得x=90%
  则“O”的质量分数为1-90%=10%,由于此“O”是含在H202中的(H2O2质量分数为y),于是有下列关系:
  H2O2(H2O・O)~O
  34 16
  y 10%
  34:16=V:10%,解得y=21.25%
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