守恒規(guī)律在化學解題中的應(yīng)用

摘要：化學計算題一直是困擾高中學生的一大難題，在考試中，一旦遇到計算題，很多學生會出現(xiàn)膽怯心理，正常的思路很容易被打亂，影響學生的正常發(fā)揮。其實，只要我們對經(jīng)常出現(xiàn)的計算題類型進行分析，就會發(fā)現(xiàn)，很多計算題的解決是有技巧的，其中利用最多的就是守恒規(guī)律。守恒規(guī)律之所以應(yīng)用廣泛，原因是其使用時不需要糾纏于細枝末節(jié)，重點關(guān)注始態(tài)和終態(tài)，尋找從始態(tài)到終態(tài)過程中存在的守恒關(guān)系和有用的信息，進而建立簡單的等量關(guān)系，大大減少了解題的冗余步驟，提高了做題的準確率。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒；電子轉(zhuǎn)移；量守恒

守恒規(guī)律主要有以下幾種：質(zhì)量、原子（原子團）、物質(zhì)的量、電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒。我們分別予以舉例證明：

一、 質(zhì)量守恒

化學反應(yīng)從宏觀的角度來考察：參加反應(yīng)的物質(zhì)總量和生成物的總量是恒等的。

例1由Na2S、Na2SO3、Na2SO4組成的混合物中，測得氧元素為22%，則其中含硫元素約為（）

A. 32%B. 46%

C. 78%D. 無法確定

解析：混合物中不管以任何比例混合，Na和S的原子個數(shù)之比總是2∶1，所以質(zhì)量比為23∶16。因為氧的質(zhì)量分數(shù)為22%，所以Na和S的總的質(zhì)量分數(shù)為78%，可以求出硫的質(zhì)量分數(shù)為32%。

例2把7.4gNa2CO3·10H2O和NaHCO3組成的混合物溶于水，配成100 mL溶液，其中Na+的物質(zhì)的量濃度為0.6 mol/L；若把等質(zhì)量的混合物加熱到恒重時，殘留物的質(zhì)量是。

解析：分析題意可知，最后剩余物質(zhì)只有Na2CO3且Na+的物質(zhì)的量為0.06 mol，由Na+守恒可求出Na2CO3的質(zhì)量為3.18g。

二、 原子守恒

其本質(zhì)仍然是質(zhì)量守恒定律，只不過是從微觀上來，可以理解為“在一切化學反應(yīng)中，反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、原子質(zhì)量前后沒有變化”。

例3已知有反應(yīng)2NO+O22NO2，今在體積為VL的密閉容器中通a mol NO和b mol O2。反應(yīng)后的容器中氮原子和氧原子個數(shù)之比是（）

A. a/bB. a/2bC. a/（a+2b）D. a/（2a+2b）

解析：由于該反應(yīng)在密閉容器中進行，氮原子和氧原子的數(shù)目始終不變，可由初始狀態(tài)求出氮原子和氧原子個數(shù)之比為a/（a+2b）。

例4某溫度下，1L密閉容器中加入1 mol N2和3 mol H2，使反應(yīng)N2+3H22NH3達到平衡。測得平衡混合物中N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為M、N、Q。如果溫度不變，只改變初始物質(zhì)的加入量，而要求M、N、Q維持不變，則N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示時，應(yīng)滿足條件：

（1） 若x=0，y=0，則z=。

（2） 若x=0.75 mol，則y=，z=。

（3） x、y、z應(yīng)滿足的一般條件是（用含x、y、z的方程式表示）。

解析：此題為等效平衡的題目，一般采用極限轉(zhuǎn)化法求解。如果從原子守恒的角度考慮，該題也比較容易解決。由題意得，容器內(nèi)加入物質(zhì)應(yīng)始終含有2 mol N原子和6 mol H原子。

若x=0，y=0，則N、H原子全部存在于NH3中，求出z=2 mol；

若x=0.75 mol時：

由N原子守恒得：z=2 mol-0.75 mol×2=0.5 mol

由H原子守恒得：y=6 mol-3×0.5 mol2=2.25 mol

（3） 由N原子守恒得：2x+z=2，由H原子守恒得：2x+3z=6。

三、 物質(zhì)的量守恒

例5向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中，加入100 mL 1 mol/L的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL（標準狀況下）的氣體。所得溶液中加入KSCN溶液無血紅色出現(xiàn)，混合物中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為（）

A. 68.6%B. 77.8%C. 81.4%D. 無法計算

解析：該題乍看起來好像條件不足，仔細分析會發(fā)現(xiàn)可以由守恒規(guī)律求解。分析題意得，混合物由鐵和氧兩種元素組成，且所得溶液溶質(zhì)只有FeCl2。由Cl-守恒得到，n（FeCl2）=0.05 mol，求出鐵的質(zhì)量為2.8 g。再分析混合物中氧的最終產(chǎn)物是H2O，由氫元素守恒可以求出n（H2O）=0.04 mol，進而求出氧的質(zhì)量為0.64 g。最后算出鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為81.4%。

四、 電子轉(zhuǎn)移守恒

氧化還原反應(yīng)是高中化學學習的主要線索，在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑和還原劑得失電子的數(shù)目是相等的，電子守恒在氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用為高考的熱點問題。

例624 mL濃度為0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液恰好與20 mL濃度為0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反應(yīng)，已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化為Na2SO4，則元素Cr在還原產(chǎn)物中的化合價為（）

A. +2B. +3C. +4D. +5

解析：在反應(yīng)中，硫元素失電子化合價升高，而鉻元素得電子化合價降低。設(shè)元素Cr在還原產(chǎn)物中的化合價為x，由電子得失守恒得24×0.05 mol·L-1×2=20×0.02 mol·L-1×2×（6-x）；解得x=3。

五、 電荷守恒

主要應(yīng)用于溶液中離子濃度之間的關(guān)系，溶液中陽、陰離子所帶的正負電荷總數(shù)相等，即電解質(zhì)溶液呈電中性。

例7某溶液中僅含有Na+、Mg2+、SO2-4、Cl-四種離子，其中離子個數(shù)比為Na+、Mg2+、Cl-=4∶5∶8，若設(shè)Na+為4n個，則SO2-4個數(shù)可能為（）

A. 2 nB. 3 nC. 6 nD. 8 n

解析：電解質(zhì)溶液中，所有陽離子帶的正電荷總數(shù)和所有的陰離子帶的負電荷總數(shù)相等，即正負電荷總數(shù)守恒。根據(jù)題給的三種離子個數(shù)比可知，當Na+為4n個時，Mg2+、Cl-個數(shù)應(yīng)分別為5n和8n個，若設(shè)SO2-4個數(shù)為x個，則根據(jù)電荷守恒可得：4n+2×5n=8n+2x，求得x=3n。

守恒規(guī)律貫穿整個高中化學，是一種常用的解題方法，適用于解決一些運算較復雜的題目。但是，守恒法解題要求學生本身具有較高的化學水平，因此在使用時切忌按圖索驥，必須真正理解題意才能做到省時省力。

作者簡介：

李福龍，山東省濟南市，山東省濟南市歷城第二中學。