中学生化学竞赛专题讲座：守恒法在化学计算中的应用

1、中学生化学竞赛专题讲座：守恒法在化学计算中的应用化学计算中一种十分常用的方法一一守恒法。这种方法在使用过程中不需要了 解过多的中间过程，避免了繁杂的分析和多重化学反应，具有思路简单，关系明确， 计算快捷的特点。一、守恒法的基本题型和解题依据1、参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物的质量总和，这个 规律叫质量守恒定律。其本质是：化学反应前后，各元素的原子的种类，数目没有 改变。所以，在一切化学反应中都存在着质量守恒、原子个数守恒。2、氧化还原反应的特征是元素的化合价发生变化，其本质是在反应中有电子转 移。由于物质间得失电子数相等，所以，在有化合价升降的元素间存在化合价升降 总数相等

2、的守恒关系。因而有电量守恒（又称电子得失守恒）及化合价守恒。3、由于物质是电中性的，因而在化合物和电解质溶液中，阴阳离子所带电荷数 相等，存在电荷守恒二、例题应用指导（一）质量守恒：在化学反应中，参加反应的反应物的总质量等于反应后生成物的总质量，反应前后质量不变。例1.在臭氧发生器中装入100mlO,经反应3Q=2O,最后气体体积变为95ml （体积 均为标准状况下测定），则反应后混合气体的密度为多少？【分析】根据质量守恒定律反应前后容器中气体的质量不变，等于反应前100mlQ的质量。则反应后混合气体的密度为：d= （0.1L/22.4L mol1 x32g mol1） /0.095L=1.5

3、g/L例2、将足量的金属钠投入到100gt C的水中，恰好得到t C时NaOHS和溶液111g, 则t C时NaOH勺溶解度为克。分析解答:由于2Na+2HO=NaOH+桥以，反应前总质量为加明+阪巴反应后总质量为%叫品”取若设Na的物质的量为xmol,则“取上xmol.据质量守恒定律有：23x+100=111怎X2,得 x=0.5SOIt=0.5mol X40g/mol=20g(二)原子守恒：在一些复杂多步的化学过程中，虽然发生的化学反应多，但某些元素的物质的 量、浓度等始终没有发生变化，整个过程中元素守恒。例3.有一在空气中暴露过的 KOH0体，经分析知其内含水 7.62%, K2C&.8

4、8%,KOH90% 若将此样品1g加入到46.00ml的1mol 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？【分析】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C守恒。即n (KCl) =n (HCl)故 m (KCl) =0.046LX1mol L1X74.5g - mol 1=3.427g例4、将1molHS和1molQ混合后点燃，生成SO的物质的量为 mol?分析解答:屋S在。中燃烧反应有两种情况：2H2S+O=2S+2HO2HS+3O=2SO+2Ho本题中：由于2:

5、 3门.理:n与2: 1所以HS在Q中燃烧的产物有S、SO、HQ 细心观察不难发现：反应前 H2S中的H元素全部转移到H2O中，反应前H2S中的S元 素全部转移到SO和S中，反应前Q中的O元素全部转移到HO用SO中。？.据原子 守恒有：“hr/h消(H守恒口”归二？11叫+外困(。守恒)2 X mol 1阴白/代入数据得：=：=imoi?.=0.5mol例5、将红磷放在C12中燃烧，若红磷与C12按npMs=1:1.8混合，待充分反应后，生成物中口】3：%=?分析解答:由于反应前红磷中的P元素全部转移到PC13及PC15中，反应前C12中的Cl元素全部转移到PC13及PC15中。.二据原子守恒

6、有:一+ k=np3】+5 n无一 =nh?若设 np=1mol 则 nci=2ncia=2x 1.8=3.6mol. 有：+1 =1mol3 +5=3.6mol解得 一 =0.7mol1 =0.3molSei*：g门5=0.7：0.3=7:3（三）电荷守恒例6、将KCl和KBr的混合物13.4克，溶于水配成500mol溶液，通入过量的C12, 反应后将溶液蒸干，得固体11.175克，则原配溶液中的K+、Cl-、Br-的物质的量浓 度之比为（）A、1: 2: 3B、3: 2: 1C 1: 3: 2D 2: 3: 1分析解答:根据溶液中的电荷守恒有：K+=Cl -+Br -.K+ Cl -K+

7、Br- .为 B例7、某地酸雨分析数据如下：Na+=2.3 X10-5mol/LCl -=3.5 x 10-5mol/LNH4+=7 x 10-6mol/LSO42-=2.5 X10-6mol/L该地酸雨的PH值是（）。A30B.4.0C43D50解析：根据酸雨中，阴阳离子电荷守恒求算：Na+NH4+H+=Cl -+2SO42-+OH-因溶液显酸性，故OH可略。代入题给数据， 立即求得H+=1.0 x 10-5mol/LPH=5.0 故选 D(四)电子守恒：(电子得失守恒，化合价升降总数相等)氧化还原反应中，氧化剂失电子总数等于还原剂失电子总数，得失电子守恒。例8、24ml浓度为0.05mol

8、/L的NaSO溶液，恰好与20ml浓度为0.02mol/L的K2C2O 溶液完全反应，则元素Cr在被还原的产物中的化合价是 。分析解答:先根据化合价的改变确定得失电子的物质：由于题目指出Cr被还原，所以得电子的物质是K2C2O,失电子的物质是NaSO。再根据化合价的改变分别找出1mol氧化剂、还原剂的得失电子数。设 Cr元素被还原为+6+n价，佃01%。7在反应中得电子：2x(6-n)mol由于NaSO肯定被氧化为NaSO,.ImolNaSO在反应中失电子：(6- 4)xi=2mol。最后，根据反应物的实际电 子得失总数，列电子守恒关系求解：0.05mol/L X24X 10-3LX2=0.0

9、2mol/L X20X 10-3LX2(6-n)解得：n=3应为+3价。例93.84g铜和一定质量的浓硝酸反应，当铜反应完时，共收集到标准状况时的气体2.24L,若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水梢中，需通入多少升标况下的氧 气才能使集气瓶充满溶液？解析：铜失电子数=被还原的硝酸得的电子数=氧化硝酸的还原产物NO, NO 2消 耗的氧气得的电子数，省去中间计算，得铜失的电子数=氧气得的电子数。则n 4 (O2) =3.84 g -64g .mol 1 x 2X 1/4 = 0.03molV (O2) =0.03mol X22.4 L .mol - =0.672 L若用常规解法，应先求出NO

10、 NO的物质的量，再根据：4NO 2 + 0 2 + 2H2 O = 4HNO 3 4NO+ 30 2 +2H2 O = 4HNO 3计算出O 2的物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，中间计算多且复杂,容易出错，用电子守恒法综合考虑，可省去中间的各步计算，使计算简化。你看，这种方法在使用时是否“只看两头不管中间”呢？三、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

11、质的量浓度等问题可考虑电荷守恒法物料守恒法。.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。.在某些复杂多步的化学反应中，某些元素的质量或浓度等没有发生变化。因此涉及到多步复杂的化学过程的问题可考虑元素守恒法。.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。四.习题练习练习1、有FeO FeQ的混合物若干克，在H2流中加热充分反应后，冷却称得剩余固体比原混合物减轻0.8g;若将同量的混合物与盐酸反应，欲使之完全溶解，需1mol/L 的盐酸的体积至少为 ml。（答案：100ml

12、）练习2、有FeCl2,CuCl2混合溶液400ml,经测定其中Cl-浓度为amol/L,投入过量的锌粉bg,充分反应后过滤，所得固体残渣洗涤干燥后，质量为 cg。求原混合液中 Fe2+,Cu2+的物质的量浓度。(分析提示：向FeCl2,CuCl2混合溶液中投入过量锌粉，充分反应后过滤，滤液的成份是ZnCl2,固体残渣的成份是Fe、Cu及剩余的Zn。若设剩余的及已反应的锌分别为nzn(i)及 nzn(2)mol,贝U:由电荷守恒有：2(n Fe2+ncu2+)=n ci-2nzn2+(2)=nci-?由质量守恒有： Rle+RCu+mn(1) =Cmn(2) =b-mZn(1)0.- cC -

13、 3+1&答案：Fe 2+=mol/LCu2+=mol/L )练习3、用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8molCQ,所以溶液中的CO2-, HCO的物质的 量浓度之比为。练习5.当溶液中XO”离子与HO分子个数比为2: 5时，溶液中XO”离子中的X元 素恰好被还原成较低价态，HQ中的氧元素被氧化为Q,则X元素的化合价变为多少？( + 2)练习6.向100mlFeCl3溶液中通入标准状况下的H2S气体2.24L,设HS全部被吸收后，再加入过量铁粉，待反应停止后，测得溶液中含有 0.6金属阳离子，则原FeCl3 溶液的物质的量浓度为多少？ ( 4mol 1)练习7.向KI溶液中滴入AgNO液直至完全反应，过滤后滤液的质量恰好与原溶液 质量相等，则AgNO液中溶质的质量分数为多少？ ( 72.3%)例4,10g F e M g合金溶解在一定量的某浓度的稀硝酸中，当金属完全反应后，收集到标况下4.48LNO气体(设HNO 3的还原产物只有NO)。在反应后的溶液中加入足量的N a O H溶液，可得多少克沉淀 ?(20.2 g )解析