一、質(zhì)量守恒法的應(yīng)用
質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容,從宏觀上闡述是:“參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”;從微觀領(lǐng)域闡述則是:“在一切化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)前后原子的種類、個(gè)數(shù)(或數(shù)目)、原子質(zhì)量前后沒有變化,因此,質(zhì)量守恒”。
例1.(1999年全國初中化學(xué)競賽題)1.6g某物質(zhì),在氧氣中完全燃燒,生成4.4g二氧化碳和3.6g水,關(guān)于該物質(zhì)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(gè)數(shù)比為1∶2;⑥分子中C、H元素的原子個(gè)數(shù)比為1∶4。其中正確的是
A.①②⑥B.①②⑤C.①③⑥D(zhuǎn).①④⑤
解析:反應(yīng)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(yīng)前后,某原子的質(zhì)量守恒。因此,氧元素的總質(zhì)量為4.4gCO2所提供的氧元素質(zhì)量和3.6gH2O所提供的氧元素質(zhì)量之和:
4.4g×(32/44)+3.6g×(16/18)=6.4g
反應(yīng)前氧元素質(zhì)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(gè)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(zhì)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(zhì)的量濃度之比是()。
A.1∶3B.2∶1C.2∶3D.3∶2
解析:設(shè)反應(yīng)生成的Na2CO3的物質(zhì)的量為xmol,生成的NaHCO3的物質(zhì)的量為ymol,由質(zhì)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(yīng),當(dāng)Cu粉完全作用時(shí),收集到氣體1.12L(標(biāo)況),則所消耗的HNO3的物質(zhì)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(yīng)后,生成0.03molCu(NO3)2,即消耗HNO30.06mol;產(chǎn)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(tuán)守恒法
在許多化學(xué)反應(yīng)中,尤其是離子反應(yīng)中,原子或原子團(tuán)以整體參加反應(yīng)后,原子或原子團(tuán)仍然保持守恒。
例4.有一在空氣中暴露過的KOH固體,經(jīng)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(xué)生在解這道題時(shí),忽視該題中所隱含的條件:反應(yīng)前后氯元素守恒.如果根據(jù)每步反應(yīng)求KCl的質(zhì)量,化學(xué)論文解題太繁。由反應(yīng)前后氯元素守恒得固體KCl的質(zhì)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(gè)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(fù)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(biāo)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(dāng)溶液呈中性時(shí),消耗NaOH溶液的體積500mL,求原H2SO4溶液的物質(zhì)的量濃度。
解析:從題中敘述可知,至少涉及六個(gè)反應(yīng),用常規(guī)解題法非常麻煩;如果不考慮過程,而是抓住反應(yīng)結(jié)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(fù)電荷數(shù)。又因?yàn)?Na+的物質(zhì)的量即NaOH的物質(zhì)的量,SO42-的物質(zhì)的量即H2SO4的物質(zhì)的量,設(shè)H2SO4物質(zhì)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(yīng)來說明,在氧化還原反應(yīng)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(zhì)量的濃硝酸反應(yīng),當(dāng)銅反應(yīng)完時(shí),共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)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(biāo)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(chǎn)物NO、NO2所消耗的氧氣得到的電子數(shù),省去中間計(jì)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(yīng)先求出NO,NO2的物質(zhì)的量,再根據(jù):
4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3
計(jì)算出O2的物質(zhì)的量,并求出其體積,此方法運(yùn)算量大,中間計(jì)算多且復(fù)雜,容易出錯(cuò),用電子守恒法綜合考慮,可省去中間的各步計(jì)算,使計(jì)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(yīng),則Cr元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為()。
A.+6B.+3C.+2D.0
解析:設(shè)Cr元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為x,反應(yīng)中Cr元素的化合價(jià)變化值為2×(6-x),S元素的化合價(jià)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(xué)方程式為(未配平):NH4NO3HNO3+N2+H2O
在反應(yīng)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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