守恒法在化學(xué)計算中的應(yīng)用

黃玲

摘 要：中學(xué)化學(xué)常見的守恒法有質(zhì)量守恒法、電子守恒法、電荷守恒法、體積守恒法，這些方法的靈活運(yùn)用，會給我們化學(xué)計算帶來許多方便，更能提高我們的計算效率。

關(guān)鍵詞：守恒法;運(yùn)用;技巧

1 質(zhì)量守恒法

質(zhì)量守恒法法主要包括化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量相等及反應(yīng)前后某元素的質(zhì)量相等兩個方面。

1.1 在反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量守恒的應(yīng)用

例1、將NO2、NH3、O2的混合氣體26.88L通過稀硫酸后，溶液質(zhì)量增加45.75g，氣體體積縮小為2.24L。將帶火星的木條插入其中，木條不復(fù)燃，則原混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為? ? ? ? ?。（氣體體積均在標(biāo)況下測定）

解析：

混合氣體26.88L通過稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)：

2NH3+H2SO4=（NH4）2SO44NO2+O2+2H2O=4HNO3

3NO2 +H2O=2HNO3+NO。

由于木條不復(fù)燃，知氧氣不足，故剩余2.24L氣體為NO。根據(jù)質(zhì)量守恒知，M=總質(zhì)量/總物質(zhì)的量=（溶液質(zhì)量的增重+放出NO的質(zhì)量）/ 總物質(zhì)的量=[45.75g+（2.24L/22.4L·mol-1 * 28 g/mol） ]/ （26.88L/22.4L·mol-1）=40.625。故原混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為40.625g/mol。

1.2 在反應(yīng)前后某元素原子質(zhì)量守恒的應(yīng)用

例2、38.4mg Cu完全溶解于一定量的濃硝酸后，收集到22.4mL氣體（標(biāo)況），則在反應(yīng)過程中消耗硝酸的物質(zhì)的量為（? ? ? ? ?）

A. 0.001mol? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B. 0.0016mol

C. 0.0022mol? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 0.002mol

解析：

根據(jù)原子守恒知，消耗n（HNO3）=n（HNO3）氧化性+n（HNO3）酸性=0.0224/22.4L·mol-1+2×0.0384/64g·mol-1=0.0022mol。故應(yīng)C。

2 電子得失守恒法

電子得失守恒法是根據(jù)氧化還原反應(yīng)中氧化劑與還原劑得失電子總數(shù)相等的原理進(jìn)行解題的方法。該法主要適用于氧化還原反應(yīng)中有關(guān)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的量及它們之間的比例關(guān)系的計算。

例3、3.84gCu投入一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，生成氣體的顏色越來越淺，共收集到1344mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），將盛有此氣體的容器倒扣在水中，通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下一定體積的氧氣，恰好使氣體溶于水，則通入氧氣的體積為（? ? ? ? ?）

A. 3.36L? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B. 0.224L

C.0.672L? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 1.12L

解析：

濃HNO3? ? ? ? ? ? ? O2? 、H2O

Cu? ?→? NOx? ? →? HNO3

從整體角度分析，得電子的物質(zhì)是氧氣，失電子的物質(zhì)是銅，設(shè)氧氣的物質(zhì)的量為x，再借助電子守恒可知，3.84g/64g·mol-1×2 = 4x，得x = 0.03mol，故通入氧氣的體積為0.03mol×22.4mol·L-1 = 0.672L，應(yīng)選C。

3 電荷守恒法

電荷守恒法主要適用于在電解質(zhì)溶液中的有關(guān)離子濃度的大小比較、離子濃度的計算、離子反應(yīng)的計算。

例4、把a(bǔ)L含、NH4 NO3的混合液分成兩等份。一份加bmolNaOH并加熱，恰好把NH3趕出;另一份消耗cmolBaCl2才能使SO42-恰好沉淀完全。則原溶液中NO3-的物質(zhì)的量濃度是（? ?   ? ?）

A. （b—2c）/amol·L-1? ? ? ? ? B. （2b—c）/amol·L-1

C. （b—4c）/amol·L-1? ? ? ? ?D. （2b—4c）/amol·L-1

解析：

由題意知，反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)為NaCl和NaNO3，根據(jù)電荷守恒n （NH4 +）總=2b，故根據(jù)電離反應(yīng)可知，硫酸銨中的銨根離子=4c，所以c（NO3-）= （2b—4c）/amol·L-1。故應(yīng)選D。

4 氣體體積守恒法

體積守恒法是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量不變（即同溫同壓下反應(yīng)前后氣體的體積不變）的原理進(jìn)行解題的方法。

例5、同溫同壓下，兩個等體積的干燥圓底燒瓶中分別充滿①NH3②NO2，進(jìn)行噴泉實驗。經(jīng)充分反應(yīng)后，瓶內(nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為（? ? ? ? ?）

A. ①>②? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B. ①<②

C. ①=②? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D. 無法確定

解析：

此題可采用特例分析法：假設(shè)燒瓶體積為22.4L（氣體為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定）。則進(jìn)行噴泉實驗后，c（NH3）=n（NH3）/V=1/22.4mol·L-1;3NO2+H2O=2HNO3+NO，由反應(yīng)知NO2進(jìn)行噴泉實驗后，HNO3的物質(zhì)的量為2/3mol，同時由氣體體積守恒知HNO3的體積為：V（HNO3）=22.4-V（NO）= 22.4-22.4×1/3=2/3×22.4L。所以c（HNO3）=（2/3mol）/（2/3×22.4L） =。故應(yīng)選C。

5 結(jié)論

用NH3、或HCI做噴泉實驗，若混有不與該氣體反應(yīng)的氣體，如空氣、氧氣、氮氣等，則不論混合氣體比例如何、水是否充滿燒瓶，標(biāo)準(zhǔn)狀況下其溶液濃度均為1/22.4mol·L-1。中學(xué)化學(xué)中的計算，有很多巧解的試題，只要我們能夠多發(fā)現(xiàn)、多探討，就能找到解題的捷徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]李安.高中化學(xué)奧林匹克競賽《解題方法大全》[M].太原：山西教育出版社，2002.