高考化計算技巧守恒法專題突破

高考化學(xué)計算技巧—守恒法專題突破

【方法點撥】

一、守恒法的概念

守恒法名目繁多，在不同版本的教輔材料中，有多種表述形式，如物料守恒、質(zhì)量守恒、元素守恒、原子守恒、離子守恒、電荷守恒、電子守恒、物質(zhì)的量守恒、體積守恒等等。但本質(zhì)上守恒法不外乎質(zhì)量守恒、得失電子守恒、電荷守恒等。

質(zhì)量守恒宏觀上指各元素質(zhì)量反應(yīng)前后相等，微觀上指任一微觀粒子個數(shù)（如原子、分子、離子等）反應(yīng)前后相等（在溶液中也稱物料守恒）；得失電子守恒是針對氧化還原反應(yīng)中氧化劑得電子總數(shù)與還原劑的電子總數(shù)相等；電荷守恒是指在電解質(zhì)溶液中陽離子所帶正電荷總數(shù)與陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)相等、溶液呈電中性。

“守恒法”是中學(xué)化學(xué)經(jīng)常采用的技巧性解題方法之一。一般情況下，能用“守恒法”解答的題目也能用其它方法解決，但較費時且易出錯。而“守恒法”則是利用物質(zhì)變化過程中某一特定量固定不變來解決問題，其特點是不糾纏于細(xì)枝末節(jié)，只關(guān)注始態(tài)和終態(tài)，尋找變化前后特有的守恒因素，快速建立等式關(guān)系，巧妙作答，可節(jié)省做題時間，能提高解題速率和準(zhǔn)確率。

二．守恒法的選取

在進行解題時，如何選擇并應(yīng)用上述方法對于正確快速地解答題目十分關(guān)鍵。首先必須明確每一種守恒法的特點，然后挖掘題目中存在的守恒關(guān)系，最后巧妙地選取方法，正確地解答題目。

1．在溶液中存在著離子的電荷守恒和物料守恒。因此涉及到溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度等問題可考慮電荷守恒法、物料守恒法。

2．在氧化還原反應(yīng)中存在著得失電子守恒。因此涉及到氧化還原反應(yīng)中氧化劑、還原劑得失電子及反應(yīng)前后化合價等問題可考慮電子守恒法。

3．在一個具體的化學(xué)反應(yīng)中，由于反應(yīng)前后質(zhì)量不變，因此涉及到與質(zhì)量有關(guān)的問題可考慮質(zhì)量守恒法。

【經(jīng)典例題透析】

類型一：質(zhì)量守恒（物料守恒、原子守恒）

1、現(xiàn)有19.7g由Fe、FeO、Al、Al2O3組成的混合物，將它完全溶解在540mL2.00mol·L－1的H2SO4溶液中，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體8.96L。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2.70mol·L－1的NaOH(aq)體積是________。

解析：金屬陽離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀時，溶液中的溶質(zhì)只有Na2SO4，根據(jù)Na+守恒和SO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。

【答案】800mL

點評：關(guān)注始末狀態(tài)，利用反應(yīng)前后元素守恒、提煉相關(guān)的計算關(guān)系式可使計算大大簡化。

舉一反三：

【變式1】將一定質(zhì)量的鎂鋁合金投入到250ml4mol/L的鹽酸中，金屬完全溶解后，再加入2mol/L的NaOH溶液，若要生成的沉淀最多，加入的這種氫氧化鈉溶液的體積是（）

A、250mlB、400mlC、500mlD、750ml

解析：沉淀達(dá)到最大時，溶液中的溶質(zhì)只有NaCl,NaCl中的Na+來自于NaOH、Cl-來自于HCl，故n（NaOH）=n（HCl）.

【答案】C

【變式2】向一定量的、、的混合物中，加入的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出（標(biāo)況）的氣體，所得溶液中加入溶液無血紅色出現(xiàn)，若用足量的在高溫下還原相同質(zhì)量的此混合物，能得到的鐵的質(zhì)量為（）

A.11.2gB.5.6gC.2.8gD.無法計算

解析：最后溶液中溶質(zhì)全部是，由電荷守恒可知：

∴

【答案】C

【變式3】有一在空氣中暴露過的KOH固體，經(jīng)分析知其內(nèi)含水7.62%，K2CO32.88%，KOH90%，若將此樣品1g加入到46.00ml的1mol·L－1鹽酸中，過量的酸再用1.07mol·L－1KOH溶液中和，蒸發(fā)中和后的溶液可得固體多少克？

解析：此題中發(fā)生的反應(yīng)很多，但仔細(xì)分析可知：蒸發(fā)溶液后所得固體為氯化鉀，其Cl－全部來自于鹽酸中的Cl－，在整個過程中Cl－守恒。即n（KCl）=n（HCl）解析：Cu2+在電解池陰極得電子轉(zhuǎn)變?yōu)镃u，即Cu2+＋2e－=Cu。陰極得到0.3molCu,即共得到電子0.3×2＝0.6mol。陽極為2Cl――2e－=Cl2↑,0.2molCl－共失0.2mol電子,放出Cl20.1mol;4OH――4e－=2H2O＋O2↑,根據(jù)得失電子守恒,故OH－失(0.6-0.2)mol電子,放出O2氣體0.1mol,故氣體總量為0.2mol,因此標(biāo)況下體積為0.2mol×22.4mol/L＝4.48L.選A.

【答案】A

【變式3】將32.64克銅與140ml一定濃度的硝酸反應(yīng)，銅完全溶解，產(chǎn)生的NO和NO2混合氣體的體積為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）請力量對比答：

（1）NO的體積為____________L，NO2的體積為____________L。

（2）待產(chǎn)生的氣體全部釋放后，向溶液中加入Vml、amol/LNaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則原硝酸溶液的濃度為____________mol/L.

(3)使銅與硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在NaOH溶液中完全轉(zhuǎn)化為NaNO3，至少需要30%的雙氧水____________克。

解析：該題題干給出了銅與一定濃度的硝酸反應(yīng)的情況，要求計算反應(yīng)后各相關(guān)的量，綜合性強，有一定的難度。因此抓住反應(yīng)的實質(zhì)，利用氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒來建立等式，是突破題中難點的關(guān)鍵。

對問題（1）由于n(Cu)＝（32.64/64）mol=0.51mol,n(NO,NO2)＝0.5mol,又知Cu－2e－＝Cu2+;HNO3＋3e－→NO;HNO3＋e－→NO2.若設(shè)NO的物質(zhì)的量為xmol,則NO2的物質(zhì)的量為(0.5－x)mol，根據(jù)得失電子守恒得0.51×2＝3x＋(0.5＋x)×1，則x＝0.26,即n(NO)＝0.26mol,n(NO2)＝0.24mol,所以V(NO)＝(0.26×22.4)L＝5.8L，V(NO)＝(22.4×0.24)L＝5.4L。

對問題（2），由題意知反應(yīng)中部分硝酸參加氧化還原反應(yīng)，其物質(zhì)的量為0.5mol，部分硝酸未參加氧化還原反應(yīng)，其物質(zhì)的量根據(jù)最后溶液中的溶質(zhì)只有NaNO3即可知Na+=N(原子守恒)，則其物質(zhì)的量為aV×10－3mol；所以原硝酸溶液的濃度為c(HNO3)=(aV×10－3+