用守恒法解有关镁、铝和铁的计算题.doc

用守恒法解有关镁、铝和铁的计算题 有关金属的计算题，解题方法有多种，其中最重要的一种是守恒法，这种方法常常能快速，准确地解出较难的计算题！一、得失电子守恒与终态法结合例1：将5.1 g镁和铝投入500 ml 2 mol/L的盐酸中，生成氢气0.5 g，金属完全溶解：再加入4 mol/L的NaOH溶液，(1)若要使生成的沉淀最多，则应加入NaOH溶液的体积是（ ）A. 200 ml B. 250 ml C. 425 ml D. 560 ml 解析：要使生成的沉淀最多，Mg2+和Al3+全部生成Mg(OH)2和Al(OH)3 沉淀，溶液中溶质只含NaCl，据Na+与Cl-守恒有5002=4V（NaOH），所以V（NaOH）=250 ml。(2) 生成沉淀的质量最多是（ ） A. 22.1 g B. 8.5 g C.10.2 g D. 13.6 g解析：从始态（金属镁和铝）到终态（Mg(OH)2和Al(OH)3）沉淀，固体增加的质量为OH-的质量，只要计算出OH-的物质的量即可，而OH-的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量，因反应中生成氢气0.5 g，所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的2倍，即0.5 mol e，答案为 D。 例2：向100 ml水中投入K和Al共15 g，充分反应后，剩余金属为1.8 g（1）计算放出H2多少升（标准状况下）解析：剩余金属1.8 g只可能是Al（因钾要与水反应），钾与水反应生成KOH和H2 ，KOH再与Al反应（因金属Al有剩余，所以生成的KOH完全反应），2K +2H2O = 2KOH + H22KOH + 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3 H2 + 得：2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2有关系式 金属质量氢气体积（标准状况下） 66 g 44.8 L V(H2) V(H2)=8.96L（2）过滤出未反应的金属，向滤液中逐滴加入4 mol/L的H2SO4溶液，生成沉淀的最大值是多少，此时消耗H2SO4溶液的体积是多少？解析：据Al守恒有关系式：AlAl(OH)3可计算生成沉淀的质量。要使生成的沉淀最多，Al3+全部生成Al(OH)3 沉淀，溶液中溶质只含K2SO4溶质，据K+与SO42-守恒有关系式2 KH2SO42 mol 1 mol0.2 mol 4V（H2SO4）V（H2SO4）=25 ml（3）生成沉淀后，再加入H2SO4溶液，使沉淀刚好完全溶解，此时消耗H2SO4溶液的体积是多少？解析：沉淀刚好完全溶解时，溶液中只有K2SO4 和Al2(SO4)3。由电荷守恒有：2n(SO42- )=3n(Al3+)+n(K+)，所以有n(H2SO4)=3/2n(Al)+1/2n(K) 答案为100 ml。二、电荷守恒的运用例3：将K2SO4和Al2(SO4)3和KAl(SO4)2三种混合溶液加H2SO4酸化。测得C(SO42- )=0.105 mol/L，C(Al3+)=0.055 mol，pH=2.0(假设H2SO4完全电离为H+和SO42- )则C（K+）为：A. 0.045 mol/L B. 0.035 mol/L C. 0.055 mol/L D. 0.040 mol/L解析：因pH=2.0 所以C（H+）= 0.01 mol/L，C（OH-）很小，忽略不计。根据电荷守恒有：C(K+）+ 3C(Al3+)+ C（H+）= 2C(SO42- ) 解之：C(K+）=0.035 mol/L例4：现有 K2SO4 和Al2(SO4)3和KAl(SO4)2的混合溶液，其中n(SO42- )=2 mol 向混合溶液逐滴加入KOH，使生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗2 mol KOH溶液，求原溶液中的K+的物质的量？解析：生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗2 mol KOH溶液，由反应 Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O n(Al3+)=n(OH-)/4=0.5 mol 设原溶液中的K+的物质的量为n(K+原），由电荷守恒，对原溶液有 n(K+原）+ 3n(Al3+) = 2n(SO42- ) 加入2 mol KOH溶液后，由电荷守恒有： n(K+原）+ n(K+加入）= n(AlO2-) + 2n(SO42- ) 由Al元素守恒有：n(Al3+) = n(AlO2-) 联立解得：n(K+原）=2.5 mol 例 5：某些化学试剂可用于净水。水处理中使用一种无机高分子，化学式为Al2( OH)n Cl myHOx，式中m等于 A. 3-n B. 6-n C. 6+n D.3+n解析：由电荷守恒有：3 n(Al3+)=n（OH-）+ m（Cl-） 即 32 =n + m m = 6-n例6：非整数比化合物Fe0.95O具有NaCl晶体结构，由于n(Fe):n(O)1，所以晶体结构存在缺陷，在Fe0.95O中，+3价的Fe占总铁量的（ ）A. 10.0% B. 85.0% C. 10.5% D. 89.50%解析：设+3价铁为x mol，依电荷守恒有：3n(Fe3+) + 2n(Fe2+) = 2n(O2-)，即：3x + 2（0.95-x）= 21 x=0.1 +3价的Fe占总铁量的0.1/0.95100% = 10.5% 三、质量守恒或电荷守恒与电解质溶液的相关知识结合。例7：常温下由HCl、MgCl2 、AlCl3 组成的混合溶液1.0 L，其物质的量浓度分别为0.1 mol/L、0.1 mol/L、1.2 mol/L(1)已知溶液中的C（Mg2+）与溶液pH的关系为：lg C（Mg2+）=17-2pH向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9 能否析出Mg(OH)2沉淀?解析：将pH=9代入lg C（Mg2+）=17-2pH 计算出C（Mg2+）=0.1 mol/L所以不能析出Mg(OH) 2沉淀。（2）向混合溶液中加入NaOH容液，溶液中AlO2- 随pH 变化如下表：试写出碱性条件下AlO2- 与pH的关系式：解析：常温下pH=8时，C（H+）=10-8 mol/L C（OH-）=10-6 mol/LC(AlO2-)=10-3 mol/L pH=9时，C（H+）=10-9 mol/L C（OH-）=10-5 mol/L C(AlO2-)=10-2 mol/L pH=10时，C（H+）=10-10 mol/L C（OH-）=10-4 mol/L C(AlO2-)=10-1 mol/LpH=11时，C（H+）=10-11 mol/L C（OH-）=10-3 mol/L C(AlO2-)=100 =1 mol/L不难发现 C（OH-）=10-3 C(AlO2-) 因为C（OH-）=Kw/ C（H+）=10-14/ C（H+） 由pH= -lg C（H+）有C（H+）= 10-pH 联立有：C(AlO2-) = 10pH-11（提示：关系式是否正确，可带入检验）（3）向混合溶液中加入NaOH容液，使溶液的pH=11，需要加入NaOH_ g（忽略溶液的体积变化）解析：(方法一) 中和盐酸消耗NaOH的物质的量为0.1 mol，因pH=11，沉淀Mg2+消耗NaOH的物质的量为0.2 molpH=11时，C(AlO2-) = 1 mol/L， n(AlO2-)=1 mol 因为溶液呈碱性，所以Al3+不能大量共存，由Al元素质量守恒有：nAl(OH)3 = n(Al) - n(AlO2-)nAl(OH)3 =0.2 mol1mol Al3+转化为AlO2-需要4 mol OH-，0.2 mol Al3+转化为Al(OH)3需要0.6 mol OH-，所以需要加入NaOH的物质的量为n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol m(NaOH)=196 g 。（方法二）pH=11时，溶液中溶质为NaCl和NaAlO2溶液，由质量和电荷守恒有： n(Na+) = n(AlO2-) + n(Cl-) 而n(Cl-) = 0.1+0.12+1.23=3.9 mol n(AlO2-) = 1 mol 所以 n(NaOH)= n(Na+)=4.9 mol m(NaOH)=196 g从这里读者不难发现用守恒法的好处！练习题:（1）将10.2 g的镁和铝投入1000 ml 2 mol/L的盐酸中，金属完全溶解：再加入4 mol/L的NaOH溶液，若要使生成的沉淀最多，则应加入NaOH溶液的体积是（ ）A 100 ml B 700 ml C 600 ml D 500 ml （2）一定量的Fe和Fe2O3的混合物投入250 ml 2 mol/L的硝酸溶液，反应完全后，生成1.12L NO气体(标准状况下)，再加入1 mol/L的NaOH溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加NaOH溶液的体积最少为（ ）A 450 ml B 500 ml C 400 ml D 不能确定 （3）向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物投入100 ml 1 mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 ml（标准状况）的气体，所得溶液中，加入KSCN溶液无血红色出现，若用过量的CO在高温下还原相同质量的混合物，能得铁的质量为（ ）A 11.2 g B 5.6 g C 2.8 g D 无法计算（4）向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100 ml 2.2 mol/L的硫酸溶液中，充分反应后生成896 ml标准状况下的气体，得不溶物1.28 g，过滤后，溶液中阳离子只有Fe2+。向滤液中加入2 mol/L的NaOH溶液，加至40 ml时开始出现沉淀，则滤液中FeSO4的物质的量浓度为（设滤液体积为100 ml） ( )A 2 mol/L B 1.8 mol/L C 1.9 mol/L D 无法计算(5) 将4.6 g Cu和Mg完全溶于浓硝酸溶液中，反应中硝酸的还愿产物为4480 ml NO2气体和336 ml N2O4气体(标准状况下)，反应后的溶液中，加入过量NaOH溶液，生成沉淀的质量为 ( )A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g参考答案：（1）提示：Mg2+和Al3+全部沉淀，溶液中只含NaCl溶质，选D。（2）提示：铁元素完全沉淀下来，溶液中溶质为 NaNO3，依据氮元素守恒计算，选 A。（3）提示：反应后的溶液溶质只有FeCl2，所以n(Fe)=