巧用守恒法快解化学计算题
作者 : 未知

  摘 要:守恒法是利用物质变化过程中某一特定量固定不变来解决问题,寻找变化前后特有的守恒因素,快速建立等式关系,巧妙作答的一种解题方法,能提高解题速率和准确率。
  关键词:守恒法
  守恒法是中学化学经常采用的技巧性解题方法之一,守恒法的灵活运用能够简化解题过程,从而快速准确地解答题目。守恒的实质:利用物质变化过程中某一特定的量固定不变而找出量的关系,基于宏观统揽全局而避开细枝末节,简化步骤,方便计算。现将守恒法的类型及应用归纳如下:
  一、守恒法的类型
  1.电荷守恒法
  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,溶液电中性。
  例1 1L混合溶液中含SO2-4 0.00025mol,Cl-0.0005mol,NO-30.00025mol,Na+0.00025mol,其余为H+,则H+物质的量浓度为( )。
  A.0.0025mol・L-1 B.0.0001mol・L-1
  C.0.001mol・L-1 D.0.005mol・L-1
  分析:由电荷守恒知:
  n(Na+)+n(H+)=2n(SO2-4 )+n(Cl-)+n(NO-3)
  即0.00025mol+n(H+)=2×0.00025mol+0.0005mol+0.00025mol
  n(H+)=0.001mol
  故c(H+)=0.001mol/1L=0.001mol/L,答案选C
  2.电子守恒法
  氧化还原反应中,氧化剂失电子总数等于还原剂失电子总数,得失电子守恒。
  例2 某氧化剂中,起氧化作用的是X2O2-7 离子,在溶液中0.2mol该离子恰好
  将0.6molSO2-3 离子完全氧化,则X2O2-7 离子还原后的化合价为( )。
  A.+1 B.+2 C.+3 D.+4
  分析:在上述反应中,氧化剂为X2O72-,还原剂为SO2-3 。设反应后X元素的化合价为a。则X元素化合价由+6降为a,S元素化合价由+4升为+6。1molX原子得电子(6-a)mol,1molS原子失电子(6-4)mol=2mol。由电子守恒知:
  2×0.2(6-a)=0.6×2
  a=+3,答案选C
  3.质量守恒法
  在化学反应中,参加反应的反应物的总质量等于反应后生成物的总质量,反应前后质量不变。
  例3 在臭氧发生器中装入100mlO2,经反应3O2=2O3,最后气体体积变为95ml(体积均为标准状况下测定),则反应后混合气体的密度为多少?
  分析:根据质量守恒定律反应前后容器中气体的质量不变,等于反应前100mlO2的质量。则反应后混合气体的密度为:
  d=(0.1L/22.4L・mol-1×32g・mol-1)/0.095L=1.5g・L-1
  4.离子守恒法
  在一些复杂多步的化学过程中,虽然发生的化学反应多,但某些离子的物质的量、浓度等始终没有发生变化,整个过程中离子守恒。
  例4 有一在空气中暴露过的KOH固体,经分析知其内含水7.62%,K2CO32.88%,KOH90%,若将此样品1g加入到46.00ml的1mol・L-1盐酸中,过量的酸再用1.07mol・L-1KOH溶液中和,蒸发中和后的溶液可得固体多少克?
  分析:此题中发生的反应很多,但仔细分析可知:蒸发溶液后所得固体为氯化钾,其Cl-全部来自于盐酸中的Cl-,在整个过程中Cl-守恒。即
  n(KCl)=n(HCl)
  故m(KCl)=0.046L×1mol・L-1×74.5g・mol-1=3.427g
  5.原子守恒
  原子守恒即系列反应中某原子(或原子团)个数(或物质的量)不变。以此为基础可求出与该原子(或原子团)相关连的某些物质的数量(如质量)。
  例5 某露置的苛性钾经分析含水:7.62%(质量分数,下同)、K2CO3:2.38%、KOH:90.00%。取此样品1.00g放入46.00mL1.00mol・L-1的HCl(aq)中,过量的HCl可用1.070mol/LKOH(aq)中和至中性,蒸发中和后的溶液可得固体_______克。
  分析:根据氯原子守恒得:n(KCl)=n(HCl)=1.00mol・L-1×0.04600L=4.60×10-2mol,m(KCl)=3.43g。
  6.物料守恒法
  物料守恒,即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。
  例6 0.1mol/L的NaOH溶液0.2L,通入标准状况下448mLH2S气体,所得溶液离子浓度大小关系正确的是( )
  A.[Na+]>[HS-]>[OH-]>[H2S]>[S-2]>[H+]
  B.[Na+]+[H+]=[HS-]+[S-2]+[OH-]
  C.[Na+]=[H2S]+[HS-]+[S-2]+[OH-]
  D.[S-2]+[OH-]=[H+]+[H2S]
  分析:对于溶液中微粒浓度(或数目)的比较,要遵循两条原则:一是电荷守恒,即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;二是物料守恒,即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。
  上述溶液实际上是含0.02molNaHS的溶液。根据上面的规律:
  电荷守恒:溶液中阳离子有Na+、H+,阴离子有HS-、S-2、OH-。
  [Na+]+[H+]=[HS-]+2[S-2]+[OH-] ①
  物料守恒:HS-由于水解和电离,其存在形式为HS-、S-2、H2S。
  S=[S-2]+[HS-]+[H2S]
  而钠元素物质的量等于硫元素物质的量即[Na+]=[S-2]+[HS-]+[H2S]…………②
  ②代入①中,得[S-2]+[OH-]=[H+]+[H2S] ③
  另在溶液中,H+、OH-都由H2O电离而来,故H+、OH-二者的总量应相等,而H+由于HS-水解的原因存在形式为H+、H2S,OH-由于HS-电离的原因存在形式为OH-、S-2。同样可得到③。综上所述,答案选D
  以上只是简单的列举了一些常见的例题,以期做到抛砖引玉的作用。守恒因素的应用是多方面的,只有平时训练时多注意积累与总结,方能熟练而巧妙的运用于解题过程中,才能收到事半功倍的效果。
  (作者单位:湖南省双峰县第一中学)

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