守恒法在高中化學計算中的應用

摘要：守恒法的實質是利用物質變化過程中某一特定的量固定不變來解決問題,簡化步驟，使計算方便.
關鍵詞：守恒法  化學計算  應用

在化學反應中存在一系列守恒現象如質量守恒、電荷守恒、電子得失守恒等，守恒法的實質是利用物質變化過程中某一特定的量固定不變而抓住一個在變化過程中始終不變的特征量來解決問題，目的是簡化步驟，方便計算。具體內容如下：
一、質量守恒法：質量守恒即“參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和”；從微觀上可理解為：“在一切化學反應中，反應前后原子的種類、數目、原子質量前后沒有變化。”質量守恒的題型有：
（一）物質的質量守恒
例、已知Q與R的摩爾質量之比為9：22，在反應X+2Y=2Q+R中，當1.6gX與Y完全反應后，生成4.4gR，則參加反應的Y和生成物Q的質量之比為（  ）。
A. 46:9   B. 32:9   C. 23:9   D. 16:9
[解析]:由題意得：X + 2Y =2Q + R
18   22
1.6 g  m(Y) 3.6 g 4.4 g
根據質量守恒，參加反應Y與生成物Q的質量之比為（4.4+3.6—1.6）:3.6 =16:9故選 D
（二）原子守恒
例1、將幾種鐵的氧化物的混合物加入100mL、7mol•L-1的鹽酸中。氧化物恰好完全溶解，在所得的溶液中通入0.56L（標況）氯氣時，恰好使溶液中的Fe2+完全轉化為Fe3+，則該混合物中鐵元素的質量分數為（   ）
A. 72.4%   B. 71.4%   C. 79.0%   D. 63.6%
[解析]: 由題意，反應后，HCl中的H全在水中，O元素全部轉化為水中的O，由關系式：2HCl～H2O～O，得：n（O）=1/2×n(HCl)= 1/2×0.75=0.35 mol，m（O）=0.35mol×16g•mol-1=5.6 g；而鐵最終全部轉化為FeCl3，n（Cl）=0.56L ÷22.4L/mol×2+0.7mol=0.75mol，n（Fe）=0.25mol，則 ，選B。
例2、標準狀況下將17.92 L CO2氣體通入1 L 1 mol/L的NaOH溶液中，完全反應后所得溶質的物質的量是多少？
[解析]：由題意，n(CO2)=17.92 L/22.4 mol•L-1== 0.8 mol，設生成的Na2CO3為x mol，NaHCO3為y mol。則有x + y == 0.8 mol (碳元素守恒),2x + y ==1 mol (鈉元素守恒)解得，x == 0.2 mol y == 0.6 mol即生成Na2CO3 0.2mol，NaHCO3 0.6 mol。
二、電荷守恒法:電荷守恒即對任一電中性的體系，正負電荷的代數和為零。
例1、將8g Fe2O3投入150mL某濃度的稀硫酸中，再投入7g鐵粉收集到1.68L H2（標準狀況），同時，Fe和Fe2O3均無剩余，為了中和過量的硫酸，且使溶液中鐵元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。則原硫酸的物質的量濃度為（   ）
A. 1.5mol/L   B. 0.5mol/L   C. 2mol/L   D. 1.2mol/L
[解析]:  反應后只有Na2SO4存于溶液中，且反應過程中SO42―并無損耗，根據電荷守恒原則：n（SO42―）=1/2×n（Na+），則原硫酸的濃度為：2mol/L，故選C。
例2、100 mL 0.1 mol/L醋酸與50 mL 0.2mol/L NaOH溶液混合，在所得溶液中（ ）。
    A．c(Na＋)＞c(CH3COO-)＞c(OH-)＞c(H+)
B．c(Na＋)＞c(CH3COO-)＞c(H+) ＞c(OH-)
C．c(Na＋)＞c(CH3COO-)＞c(H+) ＝c(OH-)
D．c(Na＋)＝c(CH3COO-)＞c(OH-)＞c(H+)
[解析]：由題意知醋酸與NaOH物質的量相等恰好完全反應生成CH3COONa，溶液中c(OH-)＞c(H+)，據電荷守恒：c(Na＋)＋c(H+)＝c(OH-)＋c(CH3COO-)，由于c(OH-)＞c(H+)，故c(Na＋)＞c(CH3COO-)，故選Ａ。
三、電子得失守恒法（或化合價升降守恒法）
電子守恒即化學反應中氧化劑得電子總數等于還原劑所失電子總數。
例1、一定條件下RO3n-和I-間反應：RO3n-＋6I-＋6H+== R-＋3Ｉ2＋3H2O，0.25mol×56g•mol―1則 RO3n－中R元素的化合價為： 答案：+5
例2．將 3.48 g Fe3O4 完全溶解在 100 mL 1.00 mol/L 的 H2SO4(aq) 中，然后加入 K2Cr2O7(aq)25.00 mL，恰好使 Fe2＋全部轉化為 Fe3＋，且Cr2O  全部轉化為 Cr3＋。則 K2Cr2O7 的物質的量濃度為__________。
[解析]：Fe3O4中＋2 價鐵所失電子物質的量與 Cr2O  中＋6 價鉻所得電子物質的量相等。3.48g/232g.mol_1×(3－2)= 0.02500 L×c(Cr2O )×(6－3)×2答案：0.100 mol•L－1
通過運用守恒法解題既可避免書寫繁瑣的化學方程式，提高解題的速度，又可避免在復雜的解題背景中尋找關系式，提高解題的準確度.
參考文獻:
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