高考化学计算技巧-守恒法专题突破

高考化学计算技巧高考化学计算技巧 守恒法专题突破守恒法专题突破 方法点拨方法点拨 一 守恒法的概念一 守恒法的概念 守恒法名目繁多 在不同版本的教辅材料中 有多种表述形式 如物料守 恒 质量守恒 元素守恒 原子守恒 离子守恒 电荷守恒 电子守恒 物质 的量守恒 体积守恒等等 但本质上守恒法不外乎质量守恒 得失电子守恒 电荷守恒等 质量守恒宏观上指各元素质量反应前后相等 微观上指任一微观粒子个数 如原子 分子 离子等 反应前后相等 在溶液中也称物料守恒 得失电 子守恒是针对氧化还原反应中氧化剂得电子总数与还原剂的电子总数相等 电 荷守恒是指在电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相 等 溶液呈电中性 守恒法 是中学化学经常采用的技巧性解题方法之一 一般情况下 能 用 守恒法 解答的题目也能用其它方法解决 但较费时且易出错 而 守恒 法 则是利用物质变化过程中某一特定量固定不变来解决问题 其特点是不纠 缠于细枝末节 只关注始态和终态 寻找变化前后特有的守恒因素 快速建立 等式关系 巧妙作答 可节省做题时间 能提高解题速率和准确率 二 守恒法的选取二 守恒法的选取 在进行解题时 如何选择并应用上述方法对于正确快速地解答题目十分关 键 首先必须明确每一种守恒法的特点 然后挖掘题目中存在的守恒关系 最 后巧妙地选取方法 正确地解答题目 1 在溶液中存在着离子的电荷守恒和物料守恒 因此涉及到溶液 尤其 是混合溶液 中离子的物质的量或物质的量浓度等问题可考虑电荷守恒法 物 料守恒法 2 在氧化还原反应中存在着得失电子守恒 因此涉及到氧化还原反应中氧 化剂 还原剂得失电子及反应前后化合价等问题可考虑电子守恒法 3 在一个具体的化学反应中 由于反应前后质量不变 因此涉及到与质量 有关的问题可考虑质量守恒法 经典例题透析经典例题透析 类型一 质量守恒 物料守恒 原子守恒 类型一 质量守恒 物料守恒 原子守恒 1 现有 19 7 g 由 Fe FeO Al Al2O3组成的混合物 将它完全溶解 在 540 mL 2 00 mol L 1的 H2SO4溶液中 收集到标准状况下的气体 8 96 L 已知混合物中 Fe FeO Al Al2O3的质量分数分别为 0 284 0 183 0 274 和 0 259 欲使溶液中的金属阳离子完全转化为氢氧化物沉淀 至少应加入 2 70mol L 1的 NaOH aq 体积是 解析 金属阳离子完全转化为氢氧化物沉淀时 溶液中的溶质只有 Na2SO4 根据 Na 守恒和 SO守恒 得如下关系 2NaOH Na2SO4 H2SO4 则 n NaOH 2n H2SO4 c NaOH V NaOH aq 2c H2SO4 V H2SO4 aq V NaOH aq 可求 答案 800 mL 点评 关注始末状态 利用反应前后元素守恒 提炼相关的计算关系式可 使计算大大简化 举一反三 举一反三 变式 1 将一定质量的镁铝合金投入到 250ml 4mol L 的盐酸中 金属完 全溶解后 再加入 2mol L 的 NaOH 溶液 若要生成的沉淀最多 加入的这种氢 氧化钠溶液的体积是 A 250ml B 400ml C 500ml D 750ml 解析 沉淀达到最大时 溶液中的溶质只有 NaCl NaCl 中的 Na 来自于 NaOH Cl 来自于 HCl 故 n NaOH n HCl 答案 C 变式 2 向一定量的 的混合物中 加入 的盐酸 恰好使混合物完全溶解 放出 标况 的气体 所得溶液中加入溶液无血红色出现 若用足量的在高温下还原相同 质量的此混合物 能得到的铁的质量为 A 11 2g B 5 6g C 2 8g D 无法计算 解析 最后溶液中溶质全部是 由电荷守恒可知 答案 C 变式 3 有一在空气中暴露过的 KOH 固体 经分析知其内含水 7 62 K2CO32 88 KOH90 若将此样品 1g 加入到 46 00ml 的 1 mol L 1盐 酸中 过量的酸再用 1 07mol L 1KOH 溶液中和 蒸发中和后的溶液可得固体 多少克 解析 此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 1 mol L 1 74 5 g mol 1 3 427 g 答案 3 427 g 变式 4 在 Na2S 溶液中存在着多种离子和分子 下列关系正确的是 A c OH c HS c H 2c H2S B c OH 2c HS c H c H2S C c OH c HS c H c H2S D c OH c HS 2c H c H2S 解析 1 由电荷守恒知 c Na c H 2c S2 c HS c OH 2 由物料守恒可知 c Na2S 起始 c S2 c HS c H2S 由 Na2S 的组成可知 c Na 2c Na2S 起始 故 c Na 2c S2 2c HS 2c H2S 由 和 得 c OH c HS c H 2c H2S 本题也可看成质子守恒 即水电离出的氢离子浓度之和等于氢氧根离子浓 度 答案 A 变式 5 19 2mg 铜跟适量浓硝酸反应后 铜完全溶解 共收集到 11 2mL 标 况下气体 则反应消耗的硝酸可能为 A 0 8 10 3mol B 0 5 10 3mol C 1 2 10 3mol D 1 1 10 3mol 解析 根据 N 原子守恒 有如下物料守恒式 n HNO3 n HNO3 氧 n HNO3 酸 n 气 2n Cu NO3 2 11 2 10 3 22 4 2 19 2 10 3 64 1 1 10 3mol 答案 D 变式 6 将 0 8molCO2完全通入 1L1mol LNaOH 溶液中充分反应后 所得 溶液中 NaHCO3和 Na2CO3的物质的量之比为 A 3 1 B 2 1 C 1 1 D 1 3 解析 如根据化学反应方程式来进行计算 就必须先写出涉及到的两个化 学反应方程式 然后再列方程组求算 很繁琐 我们可以换个角度考虑问题 因为反应前后质量守恒 原子的种类及数目不会改变 所以在反应中钠离子与 碳原子守恒 假设 NaHCO3和 Na2CO3的物质的量分别为 X Y 则根据碳原子守恒 有 X Y 0 8mol 根据钠原子守恒有 X 2Y 1mol 解之得 X 0 6mol Y 0 2mol 故 X Y 3 1 选 A 答案 A 变式 7 把m mol C2H4 跟n mol H2 混合于密闭容器中 在适当条件下 反应达到平衡时生成p mol C2H6 若将所得平衡混合物完全燃烧生成 CO2和 H2O 需 O2的物质的量为 A 3m n B 3m C 3m 3p D 3m 3p 解析 根据 C H 原子个数守恒 共有m mol 碳原子 耗氧 2m mol 4m 2n mol H 原子 耗氧 m 故可得 B 答案 B 类型二 电荷守恒类型二 电荷守恒 2 1L 混合溶液中含 SO42 0 00025mol Cl 0 0005mol NO3 0 00025mol Na 0 00025 mol 其余为 H 则 H 物质的量浓度为 A 0 0025 mol L 1 B 0 0001 mol L 1 C 0 001 mol L 1 D 0 005 mol L 1 解析 由电荷守恒知 n Na n H 2n SO42 n Cl n NO3 即 0 00025 mol n H 2 0 00025 mol 0 0005 mol 0 00025 mol n H 0 001 mol 故 c H 0 001mol 1L 0 001mol L 答案 C 点评 电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等 要注意离子所带电荷数 举一反三 举一反三 变式 1 在 H2SO4和 Al2 SO4 3的混合溶液中 铝离子浓度是 0 4 mol L 硫酸根离子的浓度是 0 7 mol L 则氢离子的浓度最接近于 A 0 1 mol L B 0 2 mol L C 0 3 mol L D 0 4 mol L 解析 设 H 的浓度为c 可得c 1 0 4 mol L 3 0 7 mol L 2 c 0 2 mol L 答案 B 变式 2 50 mL 1mol LCH3COOH 与 100 mL NaOH 溶液混合 所得溶液的 PH 7 关于该溶液中离子浓度的大小关系或说法 不正确的是 A c Na c CH3COO B c Na c CH3COO c H c OH C c Na c H c CH3COO c OH D 100 mL NaOH 溶液浓度为 0 5mol L 解析 根据题意 c H c OH 可知 c Na c CH3COO 故选项 A B 正确 又根据溶液中电荷守恒 即 Na 与 H 所带正电荷和 CH3COO 与 OH 所带负 电荷相等 故选项 C 正确 因此该题答案为 D 答案 D 变式 某混合溶液中 MgCl2的浓度为 2 mol L AlCl3的浓度为 3 mol L 将此溶液 200 mL 中的 Mg2 完全沉淀 氢氧化铝恰好溶解 需加入 1 6 mol L 的 NaOH 溶液的体积多少 解析 反应结束后 溶液中溶质为 NaCl 和 NaAlO2 根据阴阳离子电荷守恒 有 n Na n AlO2 n Cl 设需加入 NaOH 溶液的体积为x 由题意 n Cl 3 mol L 3 0 2 L 2 mol L 2 0 2 L 2 6 mol n AlO2 n Al3 3 mol L 0 2 L 0 6 mol 1 6 mol L x 2 6 mol 0 6 mol 3 2 mol x 2 L 答案 需要 2 L NaOH 溶液 类型三 电子得失守恒类型三 电子得失守恒 3 硫代硫酸钠可作为脱氯剂 已知 25 0 mL 0 1mol LNa2S2O3溶液恰 好把 224mL 标准状况 Cl2完全转化为 Cl 离子 则 S2O32 将转化成 A S2 B S C SO32 D SO42 解析 根据氧化还原反应的得失电子数守恒可知 反应中氯气所获得的电 子的物质的量与硫代硫酸钠中硫失去的电子的物质的量相等 设硫的最终价态 为 x 价 则有 0 224L 22 4L mol 1 2 0 025L 0 1mol L 2 x 2 解得 x 6 故选 D 答案 D 点评 特别要注意分析化合价变化 树立氧化还原反应中有得必有失 得失 守恒的思想 举一反三 举一反三 变式 1 某氧化剂中 起氧化作用的是 X2O72 离子 在溶液中 0 2 mol 该离子恰好将 0 6molSO32 离子完全氧化 则 X2O72 离子还原后的化合价为 A 1 B 2 C 3 D 4 解析 在上述反应中 氧化剂为 X2O72 还原剂为 SO32 设反应后 X 元素 的化合价为 a 则 X 元素化合价由 6 降为 a S 元素化合价由 4 升为 6 1molX 元素得电子 6 a mol 1molS 元素失电子 6 4 mol 2 mol 由电子守恒知 2 0 2 6 a 0 6 2 a 3 答案 C 变式 2 将含有 0 4molCuSO4和 0 2molNaCl 的水溶液 1L 用惰性电极电 解一段时间后 在一个电极上得到 0 3molCu 则另一电极上放出气体在标况下 的体积是 A 4 48L B 5 60L C 6 72L D 13 44L 解析 Cu2 在电解池阴极得电子转变为 Cu 即 Cu2 2e Cu 阴极得到 0 3molCu 即共得到电子 0 3 2 0 6mol 阳极为 2Cl 2e Cl2 0 2molCl 共失 0 2mol 电子 放出 Cl20 1mol 4OH 4e 2H2O O2 根据得失电子守恒 故 OH 失 0 6 0 2 mol 电子 放出 O2气体 0 1mol 故气体总量为 0 2mol 因此标况下体积为 0 2mol 22 4mol L 4 48L 选 A 答案 A 变式 3 将 32 64 克铜与 140ml 一定浓度的硝酸反应 铜完全溶解 产 生的 NO 和 NO2混合气体的体积为 11 2L 标准状况 请力量对比答 1 NO 的体积为 L NO2的体积为 L 2 待产生的气体全部释放后 向溶液中加入 Vml amol LNaOH 溶液 恰 好使溶液中的 Cu2 全部转化为沉淀 则原硝酸溶液的浓度为 mol L 3 使铜与硝酸反应产生的气体在 NaOH 溶液中完全转化为 NaNO3 至少需 要 30 的双氧水 克 解析 该题题干给出了铜与一定浓度的硝酸反应的情况 要求计算反应后 各相关的量 综合性强 有一定的难度 因此抓住反应的实质 利用氧化还原 反应中得失电子守恒来建立等式 是突破题中难点的关键 对问题 1 由于 n Cu 32 64 64 mol 0 51mol n NO NO2 0 5mol 又知 Cu 2e Cu2 HNO3 3e NO HNO3 e NO2 若设 NO 的物质 的量为 xmol 则 NO2的物质的量为 0 5 x mol 根据得失电子守恒得 0 51 2 3x 0 5 x 1 则 x 0 26 即 n NO 0 26mol n NO2 0 24mol 所以 V NO 0 26 22 4 L 5 8L V NO 22