二、原子守恒法

1、二、原子守恒法二、原子守恒法在某些復(fù)雜多步的化學(xué)反應(yīng)中，某些元素的質(zhì)量或濃度等沒有發(fā)生變化。因此涉及到多步復(fù)雜的化學(xué)過程的問題可考慮原子守恒法。例1 38.4 mg銅跟適量的濃HNO3反應(yīng)，銅全部作用后，共收集到氣體22.4 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。反應(yīng)消耗的HNO3物質(zhì)的量可能為A1.6103 mol B2.0103 mol C2.2103 mol D2.4103 mol解法一：常規(guī)方法：書寫化學(xué)方程式，然后列式計算。設(shè)生成NO2、NO分別為x mol、y mol。已知Cu的相對原子質(zhì)量為64Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2+2H2O 1 4 20.5x mol 2x

2、 mol x mol3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO+4H2O 3 8 21.5y mol 4y mol y mol由已知條件列二元一次方程組：0.5x + 1.5y =x+y=解得，x=0.9103 mol y=0.1103 mol反應(yīng)中消耗的HNO3：2x+4y=20.9103 mol+40.1103 mol=2.2103 mol所以，答案為C。解法二：原子守恒法經(jīng)分析Cu與HNO3反應(yīng)生成了Cu(NO3)2和NOx，在反應(yīng)中HNO3所起的作用有2種，一種是酸，另一種是氧化劑，由N原子守恒列出：CuCu(NO3)22HNO3（酸） NOx HNO3（氧化劑）

3、 1 1 2 1 1 mol 1.2103 mol mol 1103 mol反應(yīng)中共消耗HNO3：1.2103 mol+1103 mol=2.2103 mol。所以答案為C。 例2. 有一在空氣中放置了一段時間的KOH固體，經(jīng)分析測知其含水2.8%、含K2CO337.3% 取1克該樣品投入25毫升2 mol/L的鹽酸中后，多余的鹽酸用1.0 mol/L KOH溶液30.8毫升恰好完全中和，蒸發(fā)中和后的溶液可得到固體(A）1克 （B）3.725克 （C）0.797克 （D）2.836克解析 本題化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，數(shù)字處理煩瑣，但若根據(jù)Cl-守恒，便可以看出：蒸發(fā)溶液所得KCl固體中的Cl-，全部來自

4、鹽酸中的Cl-，即：生成的n（KCl）=n（HCl）。m（KCl）=0.025L2mol/L74.5g/mol=3.725g 答案為（B） 例3. 將0.8mol CO2完全通入1L 1mol/L NaOH溶液中充分反應(yīng)后，所得溶液中NaHCO3和Na2CO3的物質(zhì)的量之比為（ ）A、3：1 B、2：1 C、1：1 D、1：3解析：如根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式來進(jìn)行計算，就必須先寫出涉及到的兩個化學(xué)反應(yīng)方程式，然后再列方程組求算，很繁瑣。我們可以換個角度考慮問題，因?yàn)榉磻?yīng)前后質(zhì)量守恒，原子的種類及數(shù)目不會改變，所以在反應(yīng)中鈉離子與碳原子守恒。假設(shè)NaHCO3和Na2CO3的物質(zhì)的量分別為X、Y，則根據(jù)

5、碳原子守恒有X+Y0.8mol,根據(jù)鈉原子守恒有X+2Y1mol，解之得X0.6mol、Y0.2mol故X：Y3：1，選A。例4現(xiàn)有19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3組成的混合物，將它完全溶解在540 mL 2.00 molL1的H2SO4溶液中，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體8.96 L。已知混合物中，F(xiàn)e、FeO、Al、Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.284、0.183、0.274和0.259。欲使溶液中的金屬陽離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，至少應(yīng)加入2.70 molL1的NaOH(aq)體積（ ）A、800 mL B、480 mL C、960 mL D、600 mL答案：800 mL提示：

6、根據(jù) Na 原子守恒和 SO42-守恒得如下關(guān)系：2NaOH Na2SO4 H2SO4則：n(NaOH) = 2n(H2SO4)c(NaOH)V NaOH(aq) = 2c(H2SO4)V H2SO4(aq)V NaOH(aq)可求。例5. 28 g Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH的混合物與200 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%的鹽酸恰好反應(yīng)，蒸干溶液，最終所得固體質(zhì)量為（ ）。A. 8 g B. 11.7g C. 15.3g D. 無法計算 分析 此題涉及反應(yīng)較多，不論是混合物中的哪一種物質(zhì)與鹽酸反應(yīng)，生成的溶液中的溶質(zhì)都是NaCl，蒸干溶液，最終所得固體為NaCl?？筛鶕?jù)氯元素守恒建

7、立關(guān)系： NaCl HCl58.5 36.5m 200g36.5解得 m = 11.7g。例6. 將一定量NaOH與NaHCO3的混合物A，放在密閉容器中加熱，充分反應(yīng)后生成氣體V1L（V10）.將反應(yīng)后的固體殘渣B與過量鹽酸反應(yīng)，又生成CO2 V2L（氣體體積在標(biāo)況下測定）則：（1）B的成分是（ ）A、Na2CO3與NaOH B、Na2CO3與NaHCO3 C、Na2CO3 D、 NaOH（2）A中 NaOH與NaHCO3共多少摩爾？NaOH與NaHCO3物質(zhì)的量之比為多少？解析：對于（1）由題知固體加熱產(chǎn)生的氣體體積不為零，則可說明有CO2生成，即碳酸氫鈉過量，因此所得固體只有碳酸鈉。對于

8、（2），因固體只有碳酸鈉則根據(jù)鈉離子守恒可知，n(NaOH) n(NaHCO3) 2n(Na2CO3)=2V2/22.4.又知經(jīng)過充分反應(yīng)后，碳酸氫鈉中所含的碳元素全部被轉(zhuǎn)化為二氧化碳，則由碳守恒可知n(NaHCO3) n(CO2) (V1V2)/22.4, n(NaOH) 2V2/22.4(V1V2)/22.4(V2V1)/22.4 .n(NaOH)/ n(NaHCO3)(V2V1)/ (V1V2)例7. 將幾種鐵的氧化物的混合物加入100mL、7molL1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(biāo)況）氯氣時，恰好使溶液中的Fe2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3+，則該混合物中鐵元素的

9、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （ ）A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6%答案：B解析 鐵的氧化物中含F(xiàn)e和O兩種元素，由題意，反應(yīng)后，HCl中的H全在水中，O元素全部轉(zhuǎn)化為水中的O，由關(guān)系式：2HClH2OO，得：n（O）=，m（O）=0.35mol16gmol1=5.6 g；而鐵最終全部轉(zhuǎn)化為FeCl3，n（Cl）=0.56L 22.4L/mol2+0.7mol=0.75mol，n（Fe）=，m(Fe)=0.25mol56gmol1=14 g，則，選B。例8. 有0.4g鐵的氧化物， 用足量的CO 在高溫下將其還原，把生成的全部CO2通入到足量的澄清的石灰水中得到0.75g固

10、體沉淀物，這種鐵的氧化物的化學(xué)式為（ ）A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Fe4O5 答案：B解析 由題意得知，鐵的氧化物中的氧原子最后轉(zhuǎn)移到沉淀物CaCO3中。且n(O)=n(CaCO3)=0.0075mol m(O)=0.0075mol16g/mol=0.12g。m(Fe)=0.4g-0.12g=0.28g，n(Fe)=0.005mol。n(Fe)n(O)=2:3，選B例9. 在氧氣中灼燒0.44 g由硫、鐵組成的化合物，使其中的硫經(jīng)過一系列變化最終全部轉(zhuǎn)化為硫酸，用20 mL 0.5 mol/L的燒堿溶液恰好能完全中和這些硫酸。則原化合物中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為A36.4

11、% B46.2% C53.1% D22.8%解法一：常規(guī)方法先書寫方程式，再列式計算。而本題Fe、S化合物的化學(xué)式不定，因此第一步Fe、S化合物燃燒方程式還需寫不定的化學(xué)方程式，這給計算帶來了更大的困難，即使不考慮鐵，只從S元素考慮，也有如下四個反應(yīng)：點(diǎn)燃S+O2=SO2 反應(yīng)2SO2+O2 2SO3 反應(yīng)SO3+H2O=H2SO4 反應(yīng)H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O 反應(yīng)根據(jù)已知NaOH的量，逆推H2SO4，再由H2SO4推SO3，再由SO3推SO2，再由SO2推S元素。這里面所蘊(yùn)含的關(guān)系式如下： 2NaOHH2SO4SO3SO2S 2 mol 32 g20103 L0.5

12、mol/L m(S)=0.01 mol 列比例式： 解得m(S)=0.16 g則原化合物中S元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=所以，答案為A。解法二：原子守恒法依題意分析，S元素經(jīng)過一系列變化，最后變成了H2SO4，H2SO4再與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)，根據(jù)S、Na的原子守恒關(guān)系：SH2SO4NaSO42NaOH 得出： S 2NaOH 32 g 2 mol m(S) 20103 L0.5 mol/L=0.01 mol列比例式求得：m(S)=0.16 g則原化合物中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=所以答案為A。練習(xí)：1、（黃岡調(diào)考題）已知 、 、CO等有毒氣體是污染大氣的罪魁禍?zhǔn)?，故國家環(huán)保部門針對不同的污染源強(qiáng)制要求進(jìn)行治理，如

13、某硝酸工廠的尾氣中含有較多的NO2和NO，必須用堿液吸收來消除污染。已知NO2和NaOH溶液反應(yīng)為： ，NO和NO2與NaOH溶液反應(yīng)為： 。有 和 組成的混合氣體，用NaOH溶液將其完全吸收，無氣體剩余。現(xiàn)有濃度為 的NaOH溶液，則需此NaOH溶液的體積是 （ ）A B C D 解析 從所給方程知：氮元素的物質(zhì)的量與鈉元素的物質(zhì)的量相等 ，則 ， 。選擇D。答案：D評注 此題若按方程式分步求解，過程繁瑣且易出錯。經(jīng)仔細(xì)觀察，巧用守恒，快捷求解。2、（全國高考題）在無土栽培中，需配制一定量含 、 和 的營養(yǎng)液。若用KCl、 和 三種固體為原料來配制，三者的物質(zhì)的量（單位為mol）依次是A2

14、64 24 B64 2 24 C32 50 1 2 D16 50 24解析根據(jù)溶液中離子的物質(zhì)的量守恒，在配制營養(yǎng)液中： 故選B。答案：B評注 溶液中的較多計算問題可用“離子守恒”求解。此題的解題過程實(shí)際上還可更簡化，即由 ，結(jié)合選項(xiàng)就可判斷只有B項(xiàng)正確。3、（全國高考題）在 的 溶液中加入100mL溶有 的溶液，再加入100mL溶有0.010mol 的溶液，充分反應(yīng)。下列說法中正確的是（ ）A最終得到白色沉淀和無色溶液B最終得到白色沉淀是等物質(zhì)的量的兩種化合物的混合物C在最終得到的溶液中， 的物質(zhì)的量為 D在最終得到的溶液中， 的物質(zhì)的量濃度為 答：B。分析： ， ，則 ， ，則 ，因溶液中

15、有 即最終溶液呈藍(lán)色，最終溶液中 ； 。4、（上海高考題）將3.20g銅跟30.0mL 10.0molL的硝酸充分反應(yīng)，還原產(chǎn)物有一氧化氮和二氧化氮。若反應(yīng)后溶液中有 氫離子，則此時溶液中含硝酸根離子的物質(zhì)的量為 （ ）A B2a mol C D 答：D。解： ，由題意知：在反應(yīng)后的溶液中還有 ，說明 過量即剩余 ，銅完全反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為 ，故反應(yīng)后溶液中含 。5、（全國高考題）一定量的乙醇在氧氣不足的情況下燃燒，得到CO、CO2和水的總質(zhì)量為27.6g，若其中水的質(zhì)量為10.8g，則CO的質(zhì)量是 （ ）A1.4g B2.2g C4.4g D在2.2g和4.4g之間答：A。解：設(shè)燃燒生成CO、C

16、O2的物質(zhì)的量分別為x、y。因 ，由H守恒，則 。 6. 向300mL KOH溶液中緩慢通入2.24L CO2氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），充分反應(yīng)后，在減壓低溫下蒸發(fā)溶液，得到11.9g白色固體。請通過計算確定此白色固體的組成及其質(zhì)量各為多少克？所用KOH溶液的物質(zhì)的量濃度是多少？解析：先由極端假設(shè)法確定白色固體的組成：設(shè)定2.24L CO2與KOH溶液反應(yīng)所得產(chǎn)物只有一種，即K2CO3或KHCO3。若只生成K2CO3，由C原子守恒可求得m(K2CO3)=138g/mol=13.8g；若只生成KHCO3，由C原子守恒可求得m(KHCO3)=100g/mol=10.0g。而題設(shè)質(zhì)量為11.9g，故該白色固

17、體由K2CO3和KHCO3組成。由C原子守恒可得：n(CO2)=n(K2CO3)+n(KHCO3)=0.100mol。設(shè)K2CO3的物質(zhì)的量為amol，則KHCO3的物質(zhì)的量為0.100mol-amol。則由138g/molamol+100g/mol(0.100mol-amol)=11.9g，解之得：a=0.050mol。所以m(K2CO3)=0.050mol138g/mol=6.90g, m(KHCO3)=0.050mol100g/mol=5.00g。由K+離子守恒可得：n(KOH)=2n(K2CO3)+1n(KHCO3)= 20.050mol+10.050mol=0.150mol。所以c(

18、KOH)=n(KOH)/V=0.150mol/0.300L=0.50mol/L。7.為了測定某銅、銀合金的成分，將30.0g合金80mL13.5mol/L的濃HNO3中待合金完全溶解后，收集到氣體6.72L（標(biāo)況），并測得溶液的c(H+)=1.0mol/L。假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為80mL，計算：（1）被還原硝酸的物質(zhì)的量。（2）合金中銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！窘獯稹?（1）（2）8.N2+3H2 2NH3 某溫度下，1L密閉容器中加入1molN2和3molH2，使反應(yīng)達(dá)到平衡。測得平衡混合物中N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為M、N、Q。如果溫度不變，只改變初始物質(zhì)的加入量，而要求M、N、Q維持不變，

19、則N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示時，應(yīng)滿足條件：(1)若x=0，y=0，則z= 。(2)若x=0.75mol，則y= ， z= 。(3)x、y、z應(yīng)滿足的一般條件是（用含x、y、z的方程式表示） 。 9. 2H2O(g) 2H2+O22CO(g)+O2 2CO2將2molH2O和2molCO置于1L容器中，在一定條件下，加熱至高溫，發(fā)生如下可逆反應(yīng)：(1)當(dāng)上述系統(tǒng)達(dá)到平衡時，欲求其混合氣體的平衡組成，則至少需要知道兩種氣體的平衡濃度，但這兩種氣體不能同時是 和 ，或 和 。（填它們的分子式）(2)若平衡時O2和CO2的物質(zhì)的量分別為n(O2)平=amol，n(CO2)平=bmol

20、。試求n(H2O)平= 。（用含a、b的代數(shù)式表示）（2）由O原子守恒可知，由CO生成CO2分子內(nèi)增加的O原子來源于H2O，另外O2中的O原子也來源于H2O。因此，n(H2O)反應(yīng)=2n(O2) +1n(CO2)=2amol+1bmol=(2a+b)mol。n(H2O)平=2mol-(2a+b)mol=(2-2a-b)mol。10. 由NaOH,AlCl3, MgCl2三種固體組成的混合物，溶于足量水中，有0.58g白色沉淀析出，向所得的濁液中，逐滴加入0.5mol/L的鹽酸，加入鹽酸的體積和生成沉淀的質(zhì)量如下圖所示：（1）混合物中NaOH的質(zhì)量是多少？（2）P點(diǎn)所表示鹽酸加入體積為多少？ 答

21、： （1）MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl 0.02mol NaOH + HCl = NaCl + H2O0.005mol 0.01L0.5mol/L AlO2 + H+ + H2O = Al(OH)30.01mol 0.02L0.5mol/L 0.01mol AlCl3 + 4NaOH = NaAlO2 + 3NaCl0.01mol0.04mol 0.01mol 由上述可知，n(NaOH)=0.02mol+0.005mol+0.04mol=0.065mol所以m(NaOH)=0.065mol40g/mol=2.6g （2）由（1）可知，n(AlCl3)=0.01mol所以m

22、(AlCl3)=0.01mol133.5g/mol=1.335g （3）由圖知：P點(diǎn)溶液的溶質(zhì)為NaCl、AlCl3、MgCl2，相當(dāng)于用鹽酸中和了原溶液中的NaOH所得的結(jié)果，所以n(HCl)n(NaOH)0.065mol， 11.（離子守恒）向含0.01mol AlCl3的溶液中逐滴加入34mL 1mol/L NaOH溶液，則生成物及其物質(zhì)的量分別為 。解析：n(NaOH):n(AlCl3)=0.034mL1mol/L:0.01mol=3.4:1(或17:5)，大于3小于4，故生成物中既有Al(OH)3，又有NaAlO2。設(shè)生成的Al(OH)3的化學(xué)計量數(shù)為x，NaAlO2的化學(xué)計量數(shù)為y

23、。直寫方程式：由Na+守恒：17=y+15由Al3+守恒：5=x+yx=3y=25AlCl3+17NaOH=xAl(OH)3+yNaAlO2+15NaCl+H2O則nAl(OH)3=0.006mol，n(NaAlO2)=0.004 mol, n(NaCl)= 0.003mol。12.質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a的某物質(zhì)的溶液mg與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b的該物質(zhì)的溶液ng混合后，蒸發(fā)掉pg水。得到的溶液每毫升質(zhì)量為qg，物質(zhì)的量濃度為c。則溶質(zhì)的分子量（相對分子質(zhì)量）A. B. C. D.解析：根據(jù)溶質(zhì)的物質(zhì)的量守恒可得：L/mLcmol/L，整理得：g/mol，故選C。13. 把鐵、氧化鐵、氧化銅的混合物粉末放入110

24、41鹽酸中，充分反應(yīng)后產(chǎn)生896L2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），殘留固體128。過濾，濾液中無2。將濾液加水稀釋到200，測得其中（）為041。試求原混合物的總質(zhì)量。 分析解：由元素守恒可得： （）（）128641002 由氯元素守恒可得： 2（2）（余）（總）044 即2（2）008044，則（2）018。 又由氫元素守恒可得： 2（生成2）2（2）（余）（總）044，解得反應(yīng)產(chǎn)物中水的物質(zhì)的量為（生成2）014。 由氧元素守恒可得： 3（23）（）（生成2）， 解得：（23）004 最后由鐵元素守恒可得： （）2（23）（2） 解得：（）01 綜上可知，原混合物總質(zhì)量為： 561011601004801002136 15.已知有關(guān)物質(zhì)及離子的氧化性順序?yàn)椋簼饬蛩?。現(xiàn)將30鐵粉（過量）與440濃硫酸在加熱條件下充分反應(yīng)，共收集到112（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，其質(zhì)量為196。試計算： 1）濃硫酸的物質(zhì)的量濃度； （2）反應(yīng)后剩余鐵粉的質(zhì)量。 【分析】若根據(jù)題供信息“有關(guān)物質(zhì)及離子的氧化性順序?yàn)椋簼饬蛩?”分析解題，那么應(yīng)該根據(jù)氧化還原反應(yīng)的“次序規(guī)律”分別考慮鐵粉依次與濃硫酸、3、（即稀硫酸）的反應(yīng)，其實(shí)，這是一條陷阱信息，只要抓住“鐵粉過量”這一關(guān)鍵信息，便不難推知：最后的溶液中必定只有4這一種溶質(zhì)。那么，綜合運(yùn)用“電子守恒”、“