應用守恒原理 提高解題能力

1、應用守恒原理 提高解題能力化學計算是化學知識與數(shù)學運算的有機結合，是從量的方面反映物質的性質和變化規(guī)律?；瘜W反應的實質是原子間的重新組合，反應前后總質量不變，也即元素的種類和原子的個數(shù)保持不變，這是利用守恒原則解題的依據(jù)。而化學變化中存在多種守恒，質量守恒，氧化還原反應中電子得失守恒 ，電解質溶液中陰、陽離子所帶的正、負電荷守恒，等等。掌握這些守恒關系，并將其原理應用于化學計算之中，即為守恒法。守恒法解題的優(yōu)點是一種整體的思維方式，著眼于反應前后守恒量的關系，簡化中間過程化學量的變化和分析。具有解題思路清晰，方法簡捷的優(yōu)點，有利于提高解題的速率和準確性。化學計算還有許多其他方法和技巧，但都是在

2、守恒原則下衍生出來的。（1）質量守恒計算原理：化學反應中參加反應的各反應物質量的總和等于各生成物的質量總和。質量守恒計算的關鍵是分析題意，應用化學反應的知識，找到質量變化的原因，利用質量守恒的原理來確定各物質量之間的關系，以達到解決問題的目的。典例分析例1有Na2CO3和NaHCO3的混合物14.8g，把它配制成稀溶液，然后向溶液中加入堿石灰12.4g，充分反應后，溶液中無Ca2+、CO32-、HCO3-存在，將所得溶液蒸干后，得到白色固體29g。求：（1）原混合物中Na2CO3和NaHCO3各多少克？（2）堿石灰中CaO、NaOH各多少克？（3）所得29g固體中各種成分的質量是多少克?解析：

3、本題涉及的化學方程式有：Na2CO3+CaO+H2O=CaCO3+2NaOHNaHCO3+CaO=CaCO3+NaOH 利用上述反應方程式，列得方程組，可以求得結果，但計算較為復雜，費時費事。若能根據(jù)質量守恒原則來解，則較為簡捷方便。由于反應后溶液中不含有Ca2+、CO32-、HCO3-離子，說明反應物CaO 、Na2CO3和NaHCO3三者恰好完全反應，生成CaCO3沉淀，無過量問題。最后所得溶液中只含有Na+和OH-，蒸干溶液所得29g固體成分是CaCO3和NaOH。由兩式可知，導致反應前后固體增加的質量，就是在式反應中參加反應的水的質量：29g(14.2g+12.4g) = 1.8g，由

4、此根據(jù)式可求得原混合物中Na2CO3 0.1mol，即10.6g，則 NaHCO3 14.8g10.6g = 4.2g。據(jù)此結果易于求解其他問題。答案：（1）原混合物中Na2CO310.6g 、 NaHCO3 4.2g （2）堿石灰中CaO8.4g 、NaOH 4g （3）所得29g固體中NaOH 14g 、CaCO3 15g（2）元素守恒計算原理：化學反應前后，組成物質的元素種類和原子的個數(shù)不變?；瘜W反應前后，元素種類和原子的個數(shù)不變，但存在的方式是可以改變的。這種存在方式的變化在守恒計算中可暫放一邊，只需著重考慮某一元素在變化中是如何“游動”的，且在“游動”變化中質量不變。典例分析例2不同

5、的鹵素原子之間可形成一系列化合物鹵素化合物。將4.66g BrClX溶于水后，通入足量SO2氣體與其反應生成氫溴酸、鹽酸和硫酸。再用堿將溶液調(diào)至中性后加入過量Ba(NO3)2溶液，充分反應后濾去沉淀物，再向濾液中加入過量的AgNO3溶液，最后得鹵化銀沉淀15.46g。求：(1) 計算參加反應的AgNO3的質量；（2）計算確定BrClx中x的值。解析：根據(jù)元素守恒原則，BrClX進行一系“游動”后得到的白色沉淀15.46g應是AgCl和AgBr，其中Cl、Br元素的質量之和就是4.66g BrClx的質量，得參加反應的Ag+的質量為15.46g4.66g = 10.8g，即參加反應的AgNO3的

6、物質的量為0.1mol。根據(jù)元素守恒原則 ，列得關系式： BrClx + (x+1)Ag+ x AgCl + AgBr (80+35.5x)g (x+1)mol 4.66g 0.1mol得 x=3 同學解此類題時往往會列方程組來解，固然可以，但計算繁雜，不如用元素守恒法快捷，準確性高。針對訓練1有4.8g CuO、Fe2O3混合物與充足的CO在加熱條件下充分反應，反應生成氣體的質量為3.52g，并全部用0.6mol·L-1 Ba(OH)2溶液100mL吸收，有白色沉淀生成。試求：（1）原混合物中CuO與Fe2O3物質的量的比。 （2）Ba(OH)2溶液吸收氣體后生成沉淀的質量。解析：

7、生成 3.52g氣體為CO2，物質的量為0.08 mol，與0.06 mol的Ba(OH)2反應生成BaCO3沉淀。設Fe2O3的物質的量為x， CuO的物質的量為y，根據(jù)題意得：80x+160y =4.8g (質量守恒) 3x +2y=0.08 mol (氧元素守恒)解得 x =0.02 mol, y=0.02 mol 原混合物中CuO與Fe2O3物質的量的比 1:1 Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3+H2O 由于n (CO2)n (Ba(OH)2)過量的CO2與生成的BaCO3反應生成 Ba(HCO3)2 ：BaCO3+ CO2+H2O= Ba(HCO3)2 通過計算 可得生成B

8、aCO3：0.04mol，質量為7.88g，生成 Ba(HCO3)2：0.02 mol評析：本題考查的是中學化學中混合物成分的計算，難度不大，但問題設置的好，解題的思路寬，可以根據(jù)化學方程式列式計算，也可以利用守恒原理求解，第二問中要考慮CO2過量，生成的BaCO3部分溶解生成Ba(HCO3)2，這點易錯，解題時應注意。（3）電子守恒計算原理：氧化還原反應中，氧化劑得電子的總數(shù)與還原劑失電子的總數(shù)相等。根據(jù)電子守恒計算的關鍵是確定反應中電子得失的關系，一般不必寫出相關的化學方程式，有時涉及反應較多，甚至反應式本身就不易寫，但要理清元素價態(tài)的變化，抓住元素始態(tài)到終態(tài)化合價的升降，簡化中間變化過程

9、，確定氧化劑與還原劑量的關系。例3取0.04mol KMnO4固體加熱一段時間后，收集得a mol氣體，在反應后的殘留固體中加入足量的濃鹽酸，又收集到b mol氣體，設此時Mn元素全部以Mn2+存在于溶液中，則： a+b的最小值為_。 當時a+b=0.09mol時，殘留固體的質量為_g。 解析：本題涉及的化學反應較多，利用化學方程式來計算顯然不合適。 分析題中涉及的反應和元素價態(tài)的變化，KMnO4中的Mn元素由+7價得電子后下降到+2價，失電子的是氧元素和氯元素。即 2 KMnO4 O2 失4 e-， 2Cl- - Cl2 失2 e- KMnO4 Mn2+ 得5 e-，生成的a mol氣體是K

10、MnO4 加熱分解生成的O2，b mol氣體是HCl被氧化生成的Cl2，根據(jù)電子得失守恒原則，得 0.04 mol × 5 = (4a+2b) mol a+b = 0.1 a當0.04mol KMnO4 完全分解時，即得a的最大值0.02，得（a+b）的最小值0.08。 再根據(jù)質量守恒的原則，求a+b=0.09mol時，殘留固體的質量，當a+b = 0.09 mol時，a = 0.01mol，殘余固體的質量等于0.04 mol KMnO4 的質量減去生成氧氣的質量：0.04mol ×152g/mol0.01mol×32g/mol = 6g （4）電荷守恒計算原理：

11、在電解質或其溶液中陽離子所帶的正電荷總數(shù)與陰離子所帶的負電荷總數(shù)相等。在溶液中進行的反應，不論反應簡單或復雜，最后所得溶液中陰、陽離子所帶的正負電荷總數(shù)相等，這是根據(jù)電荷守恒計算的依據(jù)。計算時要分清最后溶液中溶質的成分和離子量的變化原因，排除干擾因素，不要被題中充實的條件所迷惑，要善于分析和選擇題中數(shù)據(jù)。例4有100mLCu(NO3)2和AgNO3的混合溶液，其中的NO3-濃度為4mol/L，加入 一定量的鋅粉后，可產(chǎn)生沉淀物，經(jīng)過濾、干燥后，得24.8g沉淀物。將此沉淀物置于稀鹽酸中，無氣體產(chǎn)生，向前述過濾后得到的濾液中滴加BaCl2溶液無明顯現(xiàn)象。加入過量的稀NaOH溶液，有沉淀析出（已知

12、氫氧化鋅為兩性），濾出沉淀物并將其灼燒至恒重，最后得灼燒產(chǎn)物4g，則原加入鋅粉的質量為 ( )A.13g B.9.75g C.6.5g D.11.7g解析： 2.48g沉淀遇鹽酸無氣體放出，表明其中不含鋅，加入的鋅粉完全反應，濾液中加入BaCl2不產(chǎn)生沉淀，表明原溶液中Ag+完全被鋅置換，而濾液中加入過量的NaOH溶液產(chǎn)生沉淀，說明Cu2+沒有完全被置換。根據(jù)灼燒產(chǎn)物CuO 4g，算得過濾后的濾液中Cu2+的物質的量為 ，濾液中存在的離子為Cu2+、Zn2+ 和NO3-離子，設加入的鋅粉的質量 為X，根據(jù)溶液中電荷守恒的原則，濾液中Cu2+、Zn2+ 所帶正電荷總數(shù)與NO3-所帶的負電荷總數(shù)相

13、等，得： 得X=9.75g針對訓練2現(xiàn)有兩份質量比不同的鋁粉與過氧化鈉的混合物樣品，分別加入稀鹽酸中，混合物完全溶解。（1）在第一份樣品反應所得的混合液中，若c（Al3）c（H）c（Cl）128，則原固體混合物中，鋁元素與氧元素的質量比為_ _（最簡整數(shù)比）。（2）在第二份樣品的反應中，若轉移電子總數(shù)為a mol，收集到混合氣體的體積為b L（標準狀況），則ab1_ _。 解析：（1）根據(jù)溶液中電荷恒原則，得： 3c(Al3)+ c(H)+ c(Na)=c (Cl) 3×1+ 2+ c(Na)=8 c(Na)=3 即： c(Al3): c(Na)=1:3 物質的量比：n(Al):n(Na2O2)=1:1.5=2:3，質量比： m(Al):m(O)=2×27:3×2×16=9:16 （2） 2Al+6H+=2Al3+3H2， 2Na2O2+4H+=4Na+2H2O+O2生成1molH2和1mol O2各轉移2mol電子， 2 mol：22.4L=