化学计算中的守恒法

(整期优先)网络出版时间:2012-12-22
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化学计算中的守恒法

丁国照

四川省乐至中学丁国照

化学反应的实质是原子间重新组合,依据质量守恒定律在化学反应中存在一系列守恒现象,既然能够表示出反应物与生成物之间物质的量、质量、气体体积之间的数量关系,那么就必然能反映出化学反应前后原子个数、电荷数、得失电子数、总质量等都是守恒的。巧用守恒规律,如质量守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等,常能简化解题步骤、准确快速解题,收到事半功倍的效果。

1.电荷(得失电子)守恒

电荷守恒即对任一电中性的体系,如化合物、混合物、溶液等,电荷的代数和为零,即正电荷总数和负电荷总数相等。另外,在氧化还原反应中,最基本的规律之一就是得失电子守恒,即氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子总数。

例1某溶液中仅含有Na+、Mg2+、SO42-、Cl-四种离子,其中三种离子个数之比满足下列关系式:Na+︰Mg2+︰Cl-=4︰5︰8。若设Na+个数为4n,则SO42-个数可能为()。

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

解析在电解质溶液中,所有阳离子带的正电荷总数和所有阴离子带的负电荷总数相等,即正负电荷总数守恒。根据题给的三种离子个数比可知,当Na+个数为4n时,则Mg2+、Cl-个数分别为5n、8n,若设SO42-个数为xn,则根据电荷守恒可得:

4n+2×5n=8n+2xn解得:x=3。答案选B。

2.质量守恒

质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变,在配制或稀释溶液的过程中,溶质的质量不变。

例2将1.92g铜粉与一定量的浓硝酸反应,当铜粉完全作用时收集到气体1.12L(标准状况下),则所消耗硝酸的物质的量是()。

A.0.12molB.0.11molC.0.09molD.0.08mol

解析无论金属Cu与浓硝酸反应的还原产物是NO还是NO2,但是每摩尔气体中均含有1molN原子,HNO3与Cu反应生成的盐为Cu(NO3)2,n(Cu2+)︰n(NO3-)=1︰2,根据氮原子守恒可求出所消耗HNO3的物质的量,如无特别强调,一般不考虑N2O4的存在,被消耗的HNO3为:

答案选B。

3.元素守恒法

元素守恒即反应前后各元素种类不变,各元素原子个数不变,其物质的量和质量也不变。

例3在标准状况下,某气态烷烃和含有一个双键的烯烃组成的混合气体2.24L,完全燃烧后产生的气体通过浓硫酸,浓硫酸增重4.05g,剩余气体通过碱石灰,碱石灰增重6.60g;另取相同状况下2.24L该混合气体通入溴水,溴水增重1.05g,求混合气体的组成。

例4有一在空气中暴露过的KOH固体,经分析知含水7.62%、K2CO32.38%、KOH90%,若将此样品1g加入到46.00mL的1mol/L盐酸中,过量的酸再用1.07mol/L的KOH溶液中和,蒸发中和后的溶液可得固体多少克?

解析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×74.5g/mol=3.427g