一、质量守恒法的应用
质量守恒定律的内容,从宏观上阐述是:“参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和”;从微观领域阐述则是:“在一切化学反应中,反应前后原子的种类、个数(或数目)、原子质量前后没有变化,因此,质量守恒”。
例1.(1999年全国初中化学竞赛题)1.6g某物质,在氧气中完全燃烧,生成4.4g二氧化碳和3.6g水,关于该物质的组成,有下列论断: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元素原子个数比为1∶2;⑥分子中C、H元素的原子个数比为1∶4。其中正确的是
A.①②⑥B.①②⑤C.①③⑥D.①④⑤
解析:反应前后元素的种类不发生变化,可以判断出①是正确的。反应前后,某原子的质量守恒。因此,氧元素的总质量为4.4gCO2所提供的氧元素质量和3.6gH2O所提供的氧元素质量之和:
4.4g×(32/44)+3.6g×(16/18)=6.4g
反应前氧元素质量为:4.4g+3.6g-1.6g=6.4g
所以,②是正确的。对于分子中C,H元素原子个数比为:
C∶H=(4.4-3.2)/12∶(3.6-3.2)/1=1∶4
故选A。
此题主要利用质量守恒定律的微观阐述。
例2.(2000年春季高考25题)用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8mol的CO2,所得溶液中CO32-和HCO3-的物质的量浓度之比是()。
A.1∶3B.2∶1C.2∶3D.3∶2
解析:设反应生成的Na2CO3的物质的量为xmol,生成的NaHCO3的物质的量为ymol,由质量守恒得
2x+y=1.0mol/L×1L(Na+守恒)
x+y=0.8mol(C守恒)
求出:x=0.2mol,y=0.6mol。
则c(CO32-)∶c(HCO3-)=1∶3,选A。
例3.(1999年上海高考18题)将1.92gCu粉与一定量浓HNO3反应,当Cu粉完全作用时,收集到气体1.12L(标况),则所消耗的HNO3的物质的量是()。
A.0.12molB.0.11molC.0.09molD.0.08mol
解析:由物料守恒1.92gCu和HNO3完全反应后,生成0.03molCu(NO3)2,即消耗HNO30.06mol;产生气体不管是NO2还是NO,均需HNO30.05mol。故共消耗HNO30.11mol。选B。
二、原子或原子团守恒法
在许多化学反应中,尤其是离子反应中,原子或原子团以整体参加反应后,原子或原子团仍然保持守恒。
例4.有一在空气中暴露过的KOH固体,经分析测知含水7.62%,含K2CO32.38%,KOH90%。若将此样品先加入到1.0mol/L的盐酸46.00mL里,过量的盐酸再用1.07mol/LKOH溶液27.65mL正好中和,盐酸中和后的溶液可得固体约为(??)。
A3.43gB.4.00gC.4.50gD.1.07g
解析:许多学生在解这道题时,忽视该题中所隐含的条件:反应前后氯元素守恒.如果根据每步反应求KCl的质量,化学论文解题太繁。由反应前后氯元素守恒得固体KCl的质量为:1mol/L×46.00ml/1000×74.5g/mol=3.43g,故选答案A。
三、电荷守恒法
在溶液中,存在着阴、阳离子,由于整个溶液不显电性,故所有阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。
例5.27.2g铁粉和氧化铁的混合物,放入500mL的稀H2SO4中,发现固体完全溶解,并放出4.48LH2(标况)。加入NH4SCN溶液,无颜色变化。然后再向溶液中加入2mol/LNaOH溶液,当溶液呈中性时,消耗NaOH溶液的体积500mL,求原H2SO4溶液的物质的量浓度。
解析:从题中叙述可知,至少涉及六个反应,用常规解题法非常麻烦;如果不考虑过程,而是抓住反应结果,最后的溶液只是Na2SO4溶液,根据电荷守恒,Na+所带正电荷数一定等于SO42-所带负电荷数。又因为:Na+的物质的量即NaOH的物质的量,SO42-的物质的量即H2SO4的物质的量,设H2SO4物质的量浓度为c(H2SO4)。
c(H2SO4)×0.5L×2=2mol/L×0.5Lc(H2SO4)=1mol/L
四、电子守恒法
电子守恒法主要针对氧化还原反应来说明,在氧化还原反应中,还原剂失去电子的数目,一定等于氧化剂得到电子的数目,得失电子数目保持守恒。
例6.3.84g铜和一定质量的浓硝酸反应,当铜反应完时,共收集到标准状况时的气体2.24L,若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?
解析:铜失电子数=被还原的硝酸得的电子数=氧化硝酸的还原产物NO、NO2所消耗的氧气得到的电子数,省去中间计算,即铜失去的电子数=氧气得到的电子数。
则?n(O2)=3.84g÷64g·mol-1×2×1/4=0.03mol
V(O2)=0.03mol×22.4L·mol-1=0.672L
若用常规解法,应先求出NO,NO2的物质的量,再根据:
4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3
计算出O2的物质的量,并求出其体积,此方法运算量大,中间计算多且复杂,容易出错,用电子守恒法综合考虑,可省去中间的各步计算,使计算简化。
例7.24mL浓度为0.05mol·L-1的Na2SO3溶液,恰好与20mL浓度为0.02mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反应,则Cr元素在还原产物中的化合价为()。
A.+6B.+3C.+2D.0
解析:设Cr元素在还原产物中的化合价为x,反应中Cr元素的化合价变化值为2×(6-x),S元素的化合价变化为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年全国高考23题)一定条件下NH4NO3受热分解的化学方程式为(未配平):NH4NO3HNO3+N2+H2O
在反应中被氧化与被还原的氮元素原子数之比为()。
A.5∶3B.5∶4C.1∶1D.3∶5
解析:根据得失电子守恒可得:
守恒法
被氧化与被还原的氮原子数之比为5∶3,选A。
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