一、質量守恒法的應用
質量守恒定律的內容,從宏觀上闡述是:“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”;從微觀領域闡述則是:“在一切化學反應中,反應前后原子的種類、個數(shù)(或數(shù)目)、原子質量前后沒有變化,因此,質量守恒”。
例1.(1999年全國初中化學競賽題)1.6g某物質,在氧氣中完全燃燒,生成4.4g二氧化碳和3.6g水,關于該物質的組成,有下列論斷:①一定含C,H元素;②一定不含O元素;③可能含O元素;④一定含O元素;⑤分子中C、H元素原子個數(shù)比為1∶2;⑥分子中C、H元素的原子個數(shù)比為1∶4。其中正確的是
A.①②⑥B.①②⑤C.①③⑥D.①④⑤
解析:反應前后元素的種類不發(fā)生變化,可以判斷出①是正確的。反應前后,某原子的質量守恒。因此,氧元素的總質量為4.4gCO2所提供的氧元素質量和3.6gH2O所提供的氧元素質量之和:
4.4g×(32/44)+3.6g×(16/18)=6.4g
反應前氧元素質量為:4.4g+3.6g-1.6g=6.4g
所以,②是正確的。對于分子中C,H元素原子個數(shù)比為:
C∶H=(4.4-3.2)/12∶(3.6-3.2)/1=1∶4
故選A。
此題主要利用質量守恒定律的微觀闡述。
例2.(2000年春季高考25題)用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8mol的CO2,所得溶液中CO32-和HCO3-的物質的量濃度之比是()。
A.1∶3B.2∶1C.2∶3D.3∶2
解析:設反應生成的Na2CO3的物質的量為xmol,生成的NaHCO3的物質的量為ymol,由質量守恒得
2x+y=1.0mol/L×1L(Na+守恒)
x+y=0.8mol(C守恒)
求出:x=0.2mol,y=0.6mol。
則c(CO32-)∶c(HCO3-)=1∶3,選A。
例3.(1999年上海高考18題)將1.92gCu粉與一定量濃HNO3反應,當Cu粉完全作用時,收集到氣體1.12L(標況),則所消耗的HNO3的物質的量是()。
A.0.12molB.0.11molC.0.09molD.0.08mol
解析:由物料守恒1.92gCu和HNO3完全反應后,生成0.03molCu(NO3)2,即消耗HNO30.06mol;產生氣體不管是NO2還是NO,均需HNO30.05mol。故共消耗HNO30.11mol。選B。
二、原子或原子團守恒法
在許多化學反應中,尤其是離子反應中,原子或原子團以整體參加反應后,原子或原子團仍然保持守恒。
例4.有一在空氣中暴露過的KOH固體,經分析測知含水7.62%,含K2CO32.38%,KOH90%。若將此樣品先加入到1.0mol/L的鹽酸46.00mL里,過量的鹽酸再用1.07mol/LKOH溶液27.65mL正好中和,鹽酸中和后的溶液可得固體約為(??)。
A3.43gB.4.00gC.4.50gD.1.07g
解析:許多學生在解這道題時,忽視該題中所隱含的條件:反應前后氯元素守恒.如果根據(jù)每步反應求KCl的質量,化學論文解題太繁。由反應前后氯元素守恒得固體KCl的質量為:1mol/L×46.00ml/1000×74.5g/mol=3.43g,故選答案A。
三、電荷守恒法
在溶液中,存在著陰、陽離子,由于整個溶液不顯電性,故所有陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負電荷總數(shù)。
例5.27.2g鐵粉和氧化鐵的混合物,放入500mL的稀H2SO4中,發(fā)現(xiàn)固體完全溶解,并放出4.48LH2(標況)。加入NH4SCN溶液,無顏色變化。然后再向溶液中加入2mol/LNaOH溶液,當溶液呈中性時,消耗NaOH溶液的體積500mL,求原H2SO4溶液的物質的量濃度。
解析:從題中敘述可知,至少涉及六個反應,用常規(guī)解題法非常麻煩;如果不考慮過程,而是抓住反應結果,最后的溶液只是Na2SO4溶液,根據(jù)電荷守恒,Na+所帶正電荷數(shù)一定等于SO42-所帶負電荷數(shù)。又因為:Na+的物質的量即NaOH的物質的量,SO42-的物質的量即H2SO4的物質的量,設H2SO4物質的量濃度為c(H2SO4)。
c(H2SO4)×0.5L×2=2mol/L×0.5Lc(H2SO4)=1mol/L
四、電子守恒法
電子守恒法主要針對氧化還原反應來說明,在氧化還原反應中,還原劑失去電子的數(shù)目,一定等于氧化劑得到電子的數(shù)目,得失電子數(shù)目保持守恒。
例6.3.84g銅和一定質量的濃硝酸反應,當銅反應完時,共收集到標準狀況時的氣體2.24L,若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升標況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液?
解析:銅失電子數(shù)=被還原的硝酸得的電子數(shù)=氧化硝酸的還原產物NO、NO2所消耗的氧氣得到的電子數(shù),省去中間計算,即銅失去的電子數(shù)=氧氣得到的電子數(shù)。
則?n(O2)=3.84g÷64g·mol-1×2×1/4=0.03mol
V(O2)=0.03mol×22.4L·mol-1=0.672L
若用常規(guī)解法,應先求出NO,NO2的物質的量,再根據(jù):
4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3
計算出O2的物質的量,并求出其體積,此方法運算量大,中間計算多且復雜,容易出錯,用電子守恒法綜合考慮,可省去中間的各步計算,使計算簡化。
例7.24mL濃度為0.05mol·L-1的Na2SO3溶液,恰好與20mL濃度為0.02mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反應,則Cr元素在還原產物中的化合價為()。
A.+6B.+3C.+2D.0
解析:設Cr元素在還原產物中的化合價為x,反應中Cr元素的化合價變化值為2×(6-x),S元素的化合價變化為6-4=2。
20×10-3×0.02×2×(6-x)=24×10-3×0.05×2
x=3答案:B。
例8.(1999年全國高考23題)一定條件下NH4NO3受熱分解的化學方程式為(未配平):NH4NO3HNO3+N2+H2O
在反應中被氧化與被還原的氮元素原子數(shù)之比為()。
A.5∶3B.5∶4C.1∶1D.3∶5
解析:根據(jù)得失電子守恒可得:
守恒法
被氧化與被還原的氮原子數(shù)之比為5∶3,選A。
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