整體守恒法解題例析

1、整體守恒法解題例析 化學(xué)變化是豐富多彩的，化學(xué)計(jì)算題的解法也是千變?nèi)f化的。計(jì)算時，只有掌握規(guī)律，才能觸類旁通。只有抓住實(shí)質(zhì)，才能化繁為簡。整體守恒和始終態(tài)分析思想就是一種化難為易的思維方式。物質(zhì)間的變化有始有終，途徑多樣，不拘泥于過程，借助守恒思想，直奔目標(biāo)，直逼結(jié)果，往往會使問題的解決柳暗花明。例1 銅和鎂的合金2.24g完全溶于濃硝酸，若反應(yīng)中硝酸被還原為NO2 、NO、N2O三種氣體且體積均為0.224L氣體（都已折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況）。在反應(yīng)后的溶液中，加入足量的氫氧化鈉溶液，生成的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥后趁量，質(zhì)量為多少？至少需氫氧化鈉物質(zhì)的量？例2一定量的鋁鐵合金與300mL 2moL&

2、#183;L1硝酸反應(yīng)生成33.6LNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和三價鐵鹽、鋁鹽等，再向反應(yīng)后的溶液中加入3mol·L1NaOH溶液，使鋁、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則所加NaOH溶液的體積是多少？例3將4g硫粉與7.56g鐵粉混合加熱使之充分反應(yīng)，使反應(yīng)后的固體物質(zhì)與足量的稀鹽酸反應(yīng)。求標(biāo)準(zhǔn)狀況下可以生成氣體多少升？消耗鹽酸的物質(zhì)的量是多少？例4 在空氣中放置一段時間的氫氧化鉀固體，經(jīng)分析知其中含水a(chǎn)%，含K2CO3 b%，其余為KOH。取此樣品m g溶于100 mL濃度為1 mol/L的硫酸溶液中，所得溶液中剩余硫酸需加n gKOH才能完全中和，然后將溶液蒸干，可得固體（不含結(jié)晶水）的質(zhì)量為 。

3、例5把適量的鐵粉投入足量的鹽酸中，反應(yīng)完畢后，向溶液中通入少量Cl2 ，再加入過量燒堿溶液，這時有沉淀析出，充分?jǐn)嚢韬筮^濾出沉淀物，將沉淀加強(qiáng)熱，最終得到固體殘留物4.8克。求鐵粉與鹽酸反應(yīng)時放出H2的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。整體守恒法有始終態(tài)法和個體抽象法。始終態(tài)法是以體系的開始狀態(tài)與最終狀態(tài)為解題依據(jù)的一種解題方法。有些變化過程中間環(huán)節(jié)很多，甚至某些中間環(huán)節(jié)不太清楚，但始態(tài)和終態(tài)卻交待得很清楚，此時用“始終態(tài)法”往往能獨(dú)辟蹊徑，出奇制勝。個體抽象法是尋找不同個體的一般特性，將個體抽象成一個整體，使復(fù)雜問題簡單化。針對訓(xùn)練1.在一注射器中放入0.064g銅片，趕盡空氣后吸入足量濃硝酸，充分反應(yīng)后，

4、由注射器刻度讀出產(chǎn)生氣體體積為33.6mL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積），比理想值小的原因是 （用化學(xué)方程式表示）。筒內(nèi)氣體的物質(zhì)的量為 。將此氣體一一定量的氧氣混合后溶于足量水中，無氣體剩余，則需氧氣的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為 mL。2.將3.64gFe2O3和Al2O3樣品溶解在過量的200mLpH=1的鹽酸溶液中，然后向其中加入NaOH溶液使Fe3+、Al3+剛好完全沉淀，用去NaOH溶液100mL，則NaOH溶液的濃度為（ ）A.0.1mol/L B.0.2 mol/L C.0.4 mol/L D.0.8 mol/L3有8 gNa2O、Na2O2、Na2O、Na2CO3、NaOH混合物與200g

5、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.65%的鹽酸恰好完全反應(yīng)，蒸干溶液，最終得到固體質(zhì)量（ ）A.8g B.15.5g C.11.7g D.無法計(jì)算4.已知某物質(zhì)A受熱能完全分解，方程式為：2A B + 2C + 3D，現(xiàn)取一定量的A物質(zhì)，使之完全分解，測得分解后產(chǎn)物混合氣體對氫氣的相對密度為13.2，求A物質(zhì)的相對分子質(zhì)量。5.常溫下往100mLFeCl3溶液中通入0.224LH2S，結(jié)果生成單質(zhì)硫。再加入過量鐵粉，反應(yīng)停止后溶液中含有0.06mol陽離子。原FeCl3溶液的濃度是_mol/L。6.在足量水中加入一定量的Na2O2后再加入一定量的鋁粉，反應(yīng)完畢后無固體剩余，得澄清溶液，整個過程共生成氣體3.5g。

6、再向溶液中加入3.5mol/LHCl 200mL，先產(chǎn)生沉淀，后沉淀恰好全部溶解。原Na2O2的質(zhì)量為_g，鋁粉的質(zhì)量為_g。7.有鎂和鋁兩種金屬的混合粉末1.44g，在50mL3.4mol/LHCl中全部溶解。再加50mL 4.0mol/LNaOH溶液，得白色沉淀物。濾出沉淀物灼燒至質(zhì)量不再減小，得固體1.11g。在濾液中滴加極少量稀鹽酸即有沉淀產(chǎn)生。原混合物中鎂的質(zhì)量為_g。   例1解答本題的思維過程應(yīng)該是：寫出反應(yīng)原理，分析反應(yīng)特點(diǎn)，此題中的反應(yīng)特點(diǎn)包括物質(zhì)的變化、物質(zhì)的量的變化、電子得失的變化等。從電荷守恒可看出：物質(zhì)的變化是銅和鎂反應(yīng)后生成2價離子（可抽象為R2

7、+），每個離子都結(jié)合2個OH生成沉淀可抽象為R（OH）2，所以，從合金到沉淀，增加的質(zhì)量為氫氧根的質(zhì)量。從電子得失守恒看，銅和鎂失去的電子等于硝酸被還原得到的電子數(shù)，根據(jù)氣體的物質(zhì)的量可以計(jì)算銅和鎂的合金的物質(zhì)的量，根據(jù)銅和鎂的合金的物質(zhì)的量又可計(jì)算增加OH的物質(zhì)的量和質(zhì)量，即可得結(jié)果。 氣體的物質(zhì)的量都為0.01mol，硝酸被還原成NO2 、NO、N2O這三種氣體時得到的電子數(shù)為：0.01×1+0.01×3+0.01×2×4=0.12（mol），所以，被氧化的金屬的物質(zhì)的量為0.06mol。根據(jù)R2+2OH，n（OH）=0.12mol，增加的OH質(zhì)量為

8、：0.12mol×17g·mol1=2.04gm（Cu、Mg）=2.24g+2.04g=4.28g點(diǎn)評 此題根據(jù)鎂和銅與酸反應(yīng)的特點(diǎn)，將鎂和銅不同的個體抽象成一個整體，利用電子得失守恒和電荷守恒，使問題簡化。通過此題，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和整體思維能力?！纠?】本題涉及的反應(yīng)過程有Fe+S=FeSFeS+2HCl=FeCl2+H2SFe+2HCl=FeCl2+H2 若硫過量，發(fā)生反應(yīng)，若鐵過量，發(fā)生反應(yīng)。有上反應(yīng)方程式可知，消耗鹽酸的物質(zhì)的量及生成氣體（H2S或H2S與H2）的體積與鐵的物質(zhì)的量有關(guān)，與硫是否過量無關(guān)。利用始態(tài)終態(tài)分析，計(jì)算過程如下：Fe + 2HCl 氣體5

9、6 2 22.47.56 n（HCl） V（氣體）n（HCl）=0.27mol，V（氣體）=3.024L點(diǎn)評解答此類題應(yīng)首先全面分析問題，然后抓住問題的實(shí)質(zhì)，即消耗鹽酸的物質(zhì)的量及生成氣體（H2S或H2S與H2）的體積取決于鐵粉的物質(zhì)的量，此問題就迎刃而解了。=0.15L=150mLV（NaOH）=0.30L×2moL·L13.36L22.4L·mol13moL·L1例3分析反應(yīng)過程可知，當(dāng)鋁、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀時，溶液中僅含NaNO3，根據(jù)氫氧化鈉中鈉元素與最后溶液中硝酸根物質(zhì)的量相等，考慮到總的硝酸在反應(yīng)中部分硝酸根被還原為NO，故n（NaOH）=

10、n（HNO3）總n（NO）。即點(diǎn)評解此題必須抓住整體進(jìn)行終態(tài)分析，模糊中間過程，根據(jù)氫氧化鈉中鈉元素與溶液中硝酸根物質(zhì)的量一定相等求解?！纠?】分析發(fā)生反應(yīng)的方程式，雖然反應(yīng)物成分多，反應(yīng)過程多，但最終溶液蒸干后所得固體為K2SO4，所以有n(K2SO4)= n(H2SO4)=0.1L×1mol/L=0.1molm(K2SO4)= 0.1mol×174g/mol=17.4 g點(diǎn)評此題抓住反應(yīng)特點(diǎn)和硫酸根守恒計(jì)算，不能被題目中的數(shù)據(jù)牽著鼻子走。既要“山里看山”分析反應(yīng)變化過程，又要“山外觀山”尋找始態(tài)與終態(tài)的關(guān)系，理清解題的方向和思路。例5固體殘留物可肯定是Fe2O3 ，它是

11、由鐵經(jīng)一系列反應(yīng)生成，氫氣是鐵跟鹽酸反應(yīng)生成的，根據(jù)2Fe Fe2O3 、Fe H2 這兩個關(guān)系式計(jì)算可得一步計(jì)算關(guān)系式：Fe2O3 2H2由此可以算出H2的體積為1.344升。點(diǎn)評 此題抓住放出H2的體積與鐵元素的物質(zhì)的量有關(guān)，通過鐵粉進(jìn)行Fe2O3與H2的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)換。針對訓(xùn)練【訓(xùn)練1】濃硝酸與銅反應(yīng)生成二氧化氮，由于常溫常壓下，N2O4與NO2存在平衡：N2O4NO2，所以，實(shí)際測出的氣體的體積比理想值小。筒內(nèi)氣體為N2O4和NO2，其物質(zhì)的量依據(jù)銅與硝酸電子得失守恒進(jìn)行計(jì)算。設(shè)NO2和N2O4物質(zhì)的量分別為，則有33.6×103/22.4 20.064×2/64聯(lián)立

12、解得，x=0.001mol，y=5×104 mol計(jì)算氧氣的體積時，若依據(jù)生成的兩種氣體計(jì)算，反應(yīng)式多，計(jì)算過程繁瑣。從始態(tài)和終態(tài)整體考慮，始態(tài)是銅將硝酸還原成氣體，終態(tài)是氧氣將還原所得的氣體氧化為硝酸，銅失去的電子等于氧氣得到的電子。這樣，直接建立銅與氧氣間的計(jì)算關(guān)系：2CuO2，一步就可求解。【答案】N2O4 NO2；NO20.001mol；N2O4 5×104 mol；11.2mL。【訓(xùn)練2】B?！居?xùn)練3】此題中四種鈉的混合物都能與鹽酸反應(yīng)，生成氯化鈉溶液，不必究竟總質(zhì)量8g中各物質(zhì)質(zhì)量的多少。不然，易錯選D。此題應(yīng)抓住氯元素守恒進(jìn)行計(jì)算，即鹽酸中的氯化氫恰好完全反應(yīng)

13、生成氯化鈉。HCl NaCl36.5 58.5200×3.65% m（NaCl）m（NaCl）=11.7g【訓(xùn)練4】質(zhì)量守恒，設(shè)2a mol A發(fā)生分解反應(yīng)，則生成物共5a mol，其平均摩爾質(zhì)量為26.4g/mol,質(zhì)量為26.4×5a=132a g，則2a mol A也為132a g，其求出A的相對分子質(zhì)量66.【訓(xùn)練5】求解與“0.224L”無關(guān)。最后溶液的溶質(zhì)僅為FeCl2，即有0.12molCl-，即可知原有的FeCl3應(yīng)為0.04mol。答：0.4 【訓(xùn)練6】設(shè)Na2O2、Al的物質(zhì)的量分別是a、bmol。    氣體是O

14、2與H2的混合物。每摩爾Na2O2釋放O20.5mol，每摩爾Al釋放H21.5mol。    最后溶液為NaCl和AlCl3的混合液，Cl-全部來自HCl。    16a+3b=3.5    2a+3b=3.5×0.2    a=0.2  b=0.1答：15.6  2.7【訓(xùn)練7】濾液成分為NaAlO2和NaCl。    沉淀物估計(jì)為Mg(OH)2和Al(OH)3，1.11g固體為MgO和Al2O3。   &