例談守恒思想在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用

蔡娟麗

【摘? 要】守恒是解決化學(xué)問(wèn)題的中心思想，相應(yīng)地，守恒法是解決化學(xué)問(wèn)題的一種極其重要的方法與技巧，運(yùn)用守恒，其特點(diǎn)是抓住有關(guān)變化的始態(tài)與終態(tài)，不糾纏過(guò)程細(xì)節(jié)，利用其中某種不變量建立關(guān)系式，從而簡(jiǎn)化思路，快速解題。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)計(jì)算;守恒;方法技巧

一、質(zhì)量守恒

化學(xué)反應(yīng)是原子之間的重新組合，反應(yīng)前后組成物質(zhì)的原子個(gè)數(shù)保持不變，即化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物總質(zhì)量等于生成物總質(zhì)量，此即質(zhì)量守恒。又因?yàn)橥N元素原子的物質(zhì)的量（或原子數(shù)）在反應(yīng)前后不變，又稱元素守恒、原子守恒。

1.物質(zhì)質(zhì)量守恒：在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中找準(zhǔn)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系，利用不變量可快速求解。

【例1】 在臭氧發(fā)生器中裝入100 mL O2，經(jīng)反應(yīng)3O22O3，最后氣體體積變?yōu)?5 mL（體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定），則反應(yīng)后混合氣體的密度為????? g·L-1。

解析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后容器中氣體的質(zhì)量不變，等于反應(yīng)前100 mL O2的質(zhì)量。則反應(yīng)后混合氣體的密度為：ρ=[（0.1L÷22.4L·mol-1）×32 g·mol-1]÷0.095 L≈1.5 g·L-1。答案為1.5。

2.原子守恒：抓住初始反應(yīng)物和最終生成物中某一原子（或原子團(tuán)）不變，找到等量關(guān)系進(jìn)行求解。

【例2】 有一在空氣中暴露過(guò)的KOH固體，經(jīng)分析知其內(nèi)含水7.12%，K2CO32.88%，KOH90%，若將此樣品1 g加入到46.00 mL的1 mol·L-1鹽酸中，過(guò)量的酸再用1.07 mol·L-1KOH溶液中和，蒸發(fā)中和后的溶液可得固體??????? 克。

解析：此題中發(fā)生的反應(yīng)很多，但仔細(xì)分析可知：蒸發(fā)溶液后所得固體為KCl，其Cl-全部來(lái)自于鹽酸中的Cl-，在整個(gè)過(guò)程中Cl-守恒。

即n（KCl）=n（HCl）;故m（KCl）=0.046 L×1 mol·L-1×74.5 g·mol-1=3.427 g。答案為3.427。

二、電子守恒

氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子（化合價(jià)降低）總數(shù)等于還原劑失電子（化合價(jià)升高）總數(shù)，得失電子守恒（化合價(jià)升降相等）。在解題中找到最終化合價(jià)升高的和降低的物質(zhì)，列等式求解。

【例3】 1.92 g銅投入到一定量的濃硝酸中，銅完全溶解，用試管收集生成氣體顏色越來(lái)越淺，共收集到672 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），將盛有此氣體的試管倒扣在水中，通入氧氣恰好使氣體完全溶解在水中，則需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣體積為（???? ）。

A.504 mL??? B.168 mL?? C.336 mL???? D.224 mL

解析：分析各物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)，Cu的化合價(jià)升高，始態(tài)時(shí)是硝酸、終態(tài)時(shí)還是硝酸，所以硝酸的化合價(jià)沒有變化，化合價(jià)降低的是O2，Cu共失去了（1.92g÷32 g·mol-1）×2 =0.06 mol的電子，根據(jù)得失電子守恒，那么V（O2）÷22.4 mol·L-1×4 =0.06 mol，故V（O2）=0.336 L。答案為C。

三、電荷守恒

指陽(yáng)離子所帶的電荷總數(shù)（各種陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)與陽(yáng)離子物質(zhì)的量的乘積的代數(shù)和）與陰離子所帶的電荷總數(shù)（各種陰離子所帶電荷數(shù)與陰離子物質(zhì)的量的乘積的代數(shù)和）在數(shù)值上相等，主要在以下兩個(gè)方面應(yīng)用。

1.離子方程式中，常用于離子方程式正誤判斷及書寫。

【例4】 在一定條件下，RO3n-與I-發(fā)生反應(yīng)的離子方程式如下：RO3n-+6I-+6H+=R-+3I2+3H2O，R中的n為??????? 。

解析：解法①，依據(jù)得失電子守恒，I化合價(jià)總共升高6，所以R降低6價(jià)變?yōu)?1價(jià)，所以R 中的R元素的化合價(jià)是+5，n為1;解法②依據(jù)電荷守恒，反應(yīng)后電荷總數(shù)為-1，所以-n+（-1）×6+（+1）×6=-1，n為1。答案：1。

2.溶液呈電中性

【例5】將NaCl和NaBr混合物mg溶于水后，向所得溶液中通入足量Cl2，反應(yīng)后將溶液蒸干得固體（m-2）g，則通Cl2前原溶液中Na+、Cl-、Br-的物質(zhì)的量之比不可能為（????? ）

A.4：3：1??? B.3：3：1??? C.3：2：1???? D.3：1：2

解析：如果讀題之后馬上按已知數(shù)據(jù)列式計(jì)算，實(shí)際上陷入命題者設(shè)置的圈套。通過(guò)虛設(shè)數(shù)據(jù)，本題貌似計(jì)算題，實(shí)際上考查的是電荷守恒原理。即溶液中陽(yáng)離子所帶的正電荷等于陰離子所帶的負(fù)電荷：n（Na+）=n（Cl-）+n（Br-），只有選項(xiàng)B不符合此關(guān)系。立即可得答案為B。

四、物料守恒

電解質(zhì)溶液中某一組分的原始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和，它實(shí)質(zhì)上是元素守恒。

【例6】 下列溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是（????? ）。

A.氯水中：c（Cl2）=2[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]

B.在25 ℃ 100 mL NH4Cl溶液中：c（Cl-）> c（NH4+）+c（NH3·H2O）

C.等濃度的NaClO、NaHCO3混合溶液中：c（HClO）+c（ClO-）= c（HCO3-）+c（H2CO3）

D.等濃度醋酸和氫氧化鈉等體積混合后的溶液：c（OH-）=c（H+）+c（CH3COOH）

解析：氯氣溶于水，大部分氯氣以Cl2分子形式存在，少部分與水反應(yīng)生成HCl和HClO，所以氯水中無(wú)法比較c（Cl2）與[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]的大小，A錯(cuò)誤;

依據(jù)物料守恒c（Cl-）=c（NH4+）+c（NH3·H2O）可知B錯(cuò)誤;

依據(jù)物料守恒c（HClO）+c（ClO-）=c（HCO3-）+c（H2CO3）+c（CO32-），可知C錯(cuò)誤;

依據(jù)電荷守恒c（CH3COO-）+c（OH-）=c（H+）+c（Na+）減去物料守恒c（CH3COO-）+c（CH3COOH）=c（Na+）可知D正確。答案：D。

參考文獻(xiàn)：

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