中學(xué)化學(xué)中的守恒定律及其典型例題解析

文 張玉花

中學(xué)化學(xué)中的守恒定律及其典型例題解析

文 張玉花

在化學(xué)反應(yīng)中有各種各樣的守恒，如質(zhì)量守恒、元素守恒、原子守恒、電子守恒、電荷守恒、化合價守恒、能量守恒、物料守恒等等。歸納起來，實際包括三個守恒，即質(zhì)量守恒、電子守恒和電荷守恒。

一、質(zhì)量守恒定律

1.質(zhì)量守恒定律是指在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。運(yùn)用質(zhì)量守恒定律時，充分把握“六不變兩一定變兩可能變”，即反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量不變、元素的種類、質(zhì)量不變，原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變；分子種類、物質(zhì)種類一定改變；元素的化合價可能改變、分子總數(shù)可能改變。

2.運(yùn)用質(zhì)量守恒定律時，不需要考慮過程，只考慮相互作用的物質(zhì)在反應(yīng)前后的始態(tài)和終態(tài)。

3.具體類型

（1）判斷物質(zhì)的質(zhì)量或原子個數(shù)

例1. 在反應(yīng)A+B→C+D中，A與B參加反應(yīng)的質(zhì)量比為4：3，生成的C和D的質(zhì)量和為2.8 g，則參加反應(yīng)的B的質(zhì)量為（ ）

A.0.3 g B.0.9 g C.1.2 g D.1.6 g

（2）判斷物質(zhì)的化學(xué)式或元素組成

例2.某化合物R在足量的氧氣中燃燒，只生成二氧化碳和水，則下列說法正確的是（ ）

A.R中一定含碳?xì)鋬煞N元素，可能含有氧元素

B.R中只含有碳?xì)鋬煞N元素

C.R一定含碳?xì)溲跞N元素

D.R中可能含有碳?xì)溲跞N元素中的兩種

（3）判斷化學(xué)反應(yīng)或反應(yīng)類型

例3. 在一個密閉容器內(nèi)有A，B，C，D四種物質(zhì)，在一定條件下充分反應(yīng)，一段時間后，測得反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量如下：

物質(zhì)A B C D反應(yīng)前物質(zhì)質(zhì)量/g 4 1 42 10反應(yīng)后物質(zhì)質(zhì)量/ g待測20 6 31

則正確的說法是（ ）

A.參加反應(yīng)的A和C的質(zhì)量比為1：9

B.容器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，屬于分解反應(yīng)

C.B和D的相對分子質(zhì)量比一定為10：9

D.反應(yīng)后，待測A的質(zhì)量為8g

（4）確定溶液中離子的濃度（物料守恒）

如Na2CO3溶液中Na+是CO32-物質(zhì)的量的2倍，電離水解后，碳酸根以三種形式存在，所以c（Na+）=2［c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）］

二、電子守恒定律

1.電子守恒定律是指在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)?？赏ㄟ^化合價升高總數(shù)等于化合價降低總數(shù)判斷。

2.運(yùn)用電子守恒定律時，不考慮物質(zhì)的存在形式，只考慮物質(zhì)的化合價，運(yùn)用得失電子總數(shù)相等寫出等式即可解出答案。

3.具體類型

（1）計算氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物的化合價

例4.用0.1 mol/L的Na2SO3溶液12 ml，恰好將10 ml 0.04 mol/L的K2Cr207還原，則元素Cr在還原產(chǎn)物中的化合價是（ ）

A.+1 B.+2 C.+3 D.+4

解析：該反應(yīng)中，SO2-將被氧化為，

（2）計算被氧化或被還原物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的質(zhì)量

例5.將m mol FeS和足量稀HNO3反應(yīng)，生成Fe（NO3）3，H2SO4，NO，H2O。則參加反應(yīng)的硝酸中被還原的硝酸的物質(zhì)的量是（ ）

A. 2m mol B. 9m mol C. 3m mol D.2m/3 mol

解析：m mol FeS共失去電子：m mol+8m mol= 9m mol，F(xiàn)eS每失去3 mol 電子可還原1 mol HNO3，故被還原的HNO3為 9m/3=3m mol，應(yīng)選C。

（3）配平化學(xué)方程式或離子方程式

例6.已知反應(yīng)：AgF+Cl2+H2O→AgCl+ AgClO3+HF+O2↑，配平后，AgClO3系數(shù)為b，O2的化學(xué)計量數(shù)為c，則AgCl的化學(xué)計量數(shù)為_________。

解析：該反應(yīng)的氧化劑為Cl2，還原劑為Cl2、H2O，設(shè)AgCl系數(shù)為x，由電子守恒得：x×1=b×5+ 2c×2，x=5b+4c。

（4）在電化學(xué)中的應(yīng)用

負(fù)（陽）極上失電子總數(shù)=正（陰）極上得電子總數(shù)=電極之間轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)=電路中通過的電子數(shù)。

三、電荷守恒定律

1.電荷守恒定律是指在電解質(zhì)溶液或離子化合物中，陰、陽離子的電荷數(shù)相等，即陽離子帶的正電荷總數(shù)=陰離子帶的負(fù)電荷總數(shù)。

2.具體等式關(guān)系為：陽離子的物質(zhì)的量×陽離子的電荷數(shù)=陰離子的物質(zhì)的量×陰離子的電荷數(shù)。使用等式時要注意兩點(diǎn)：①要準(zhǔn)確判斷溶液中存在的所有離子，水的電離不能漏掉。②注意離子自身帶的電荷數(shù)目。如：NH4Cl溶液：c（NH4+）+ c（H+）= c（Cl-）+ c（OH-）

Na2CO3溶液：c（Na+）+ c（H+）= 2c（CO32-）+ c（HCO3-）+ c（OH-）

NaHCO3溶液：c（Na+）+ c（H+）= 2c（CO32-） + c（HCO3-）+ c（OH-）

3.具體類型

（1）計算電解質(zhì)溶液中離子的濃度或pH

例7. 由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液，其pH=1，c（Al3+）=0.4 mol/L，c（SO42-）=0.8 mol/L，則c（K+）為（ ）

A.0.15 mol/L B.0.2 mol/L C.0.3 mol/L D.0.4 mol/L

解析：在溶液中c（K+）+c（H+）+3c（Al3+）= 2c（SO42-）+c（OH-），其中c（Al3+）=0.4 mol/L，c（SO42-）=0.8 mol/L，c（H+）=0.1 mol/L，c（OH-）忽略不計，所以c（K+）=0.3 mol/L，故應(yīng)選C。

（2）比較溶液中離子濃度大小

例8.常溫下，將稀硫酸與氨水混合，所得溶液的pH=7，則此溶液中（ ）

A. c（NH4+）＞2c（）

B. c（NH4+）＜2c（）

C. c（NH4+）=2c（）

D.無法確定c（NH4+）和2c（）的大小關(guān)系

解析：在溶液中c（H+）+c（NH4+）=2c（SO42-）+c（OH-），由于pH=7，c（H+）=c（OH-），所以 c（NH4+）=2c（SO42-） ，故應(yīng)選C。

遇到具體問題時，運(yùn)用守恒定律，可加快解題速度，達(dá)到事半功倍的效果。

［1］ 皮世福.全面點(diǎn)擊質(zhì)量守恒定律［J］.中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2009（7）：69-70.

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［3］ 鄒美靈.守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析［J］.數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版），2014（9）：58-59.

［4］ 王美秀.電子守恒法在化學(xué)計算中的應(yīng)用［J］.課程教育研究，2013（1）：207.

［5］ 初三科學(xué)之化學(xué)式和化學(xué)反應(yīng)的計算［EB/OL］.http：// wenku.baidu.com/view/11c3a53231126edb6f1a10ce. html.

作者信息

張玉花，本科，中學(xué)一級。甘肅省臨澤職業(yè)中專學(xué)校，734200