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中学化学典型的解题方法---守恒法

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中学化学典型的解题方法---守恒法
                                                 
      守恒法是一种中学化学典型的解题方法,它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变来列式求解,可以免去一些复杂的数学计算,大大简化解题过程,提高解题速度和正确率。它的优点是用宏观的统揽全局的方式列式,不去探求某些细微末节,直接抓住其中的特有守恒关系,快速建立计算式,巧妙地解答题目。物质在参加反应时,化合价升降的总数,反应物和生成物的总质量,各物质中所含的每一种原子的总数,各种微粒所带的电荷总和等等,都必须守恒。所以守恒是解计算题时建立等量关系的依据,守恒法往往穿插在其它方法中同时使用,是各种解题方法的基础,利用守恒法可以很快建立等量关系,达到速算效果。
一、 质量守恒
质量守恒是根据化学反应前后反应物的总质量与生成物的总质量相等的原理,进行计算或推断。主要包括:反应物总质量与生成物总质量守恒;反应中某元素的质量守恒;结晶过程中溶质总质量守恒;可逆反应中反应过程总质量守恒。
例1、在反应X+2Y=R+2M中,已知R和M的摩尔质量之比为22:9,当1.6gX与Y完全反应后,生成4.4gR,则在此反应中Y和M的质量比为(

(A)16:9 (B)23:9 (C)32:9 (D)46:9
例2、1500C时,碳酸铵完全分解产生气态混合物,其密度是相同条件下氢气密度的( )
(A)96倍 (B)48倍 (C)12倍 (D)32倍
练习:1、将100℃的硫酸铜饱和溶液200克蒸发掉50克水后再冷却到0℃时,问能析出胆矾多少克?若在100℃硫酸铜饱和溶液200克里加入16克无水硫酸铜,应有多少克胆矾析出?(硫酸铜溶液度100℃时为75.4克。0℃时为14.3克)(130.48克4.34克)
2、在一定条件下,气体A可分解为气体B和气体C ,其分解方程式为2A====B+3C
。若已知所得B和C混合气体对H2的相对密度为42.5。求气体A的相对分子量。(17)
3、为了确定亚硫酸钠试剂部分氧化后的纯度,称取亚硫酸钠4g置于质量为30g的烧杯中,加入6mol/L盐酸18mL(密度为1.1
g/cm3),反应完毕后,再加2mL盐酸,无气体产生,此时烧杯及内盛物物质为54.4g,则该亚硫酸钠试剂的纯度为百分之几?
4、向KI溶液中滴入AgNO3溶液直至完全反应,过滤后滤液的质量恰好与原溶液质量相等,则AgNO3溶液中溶质的质量分数为多少?
二、 物质的量守恒
物质的量守恒是根据反应前后某一物质的量不变的原理进行推导和计算的方法。这种方法可以应用在多步反应中的计算。可简化计算过程,减少数学计算,一步得出结果。
例1、300mL某浓度的NaOH溶液中含有60g溶质,现欲配制1mol/LNaOH溶液,应取原溶液与蒸馏水的体积比约为(  )
(A)1∶4    (B)1∶5     (C)2∶1     (D)2∶3
例2、有一在空气中放置了一段时间的KOH固体,经分析测知其含水2.8%、含K2CO337.3%,取1克该样品投入25毫升2摩/升的盐酸中后,多余的盐酸用1.0摩/升KOH溶液30.8毫升恰好完全中和,蒸发中和后的溶液可得到固体:
(A)1克 (B)3.725克 (C)0.797克 (D)2.836克
练习:1、用1L10mol/LNaOH溶液吸收0.8molCO2,所得溶液中CO32-和HCO3-的物质的量浓度之比是( )
(A)1∶3 (B)2∶1 (C)2∶3 ( D)3∶2
2、今有100mLCu(NO3)2与AgNO3的混合溶液,其中NO3-的浓度为4mol/L,加入一定量的锌粉后,产生沉淀,经过滤、干燥后称量,沉淀物的质量为24.8g,将此沉淀物置于稀盐酸中,无气体逸出。向前述过滤后得到的滤液中先滴入BaCl2溶液,无明显现象,后加入过量的NaOH溶液,有沉淀物析出。滤出此沉淀物,并将其灼烧至恒重,最后得4g灼烧物。求所加锌粉的质量。

三、元素守恒
元素守恒,即化学反应前后各元素的种类不变,各元素的原子个数不变,其物质的量、质量也不变。元素守恒包括原子守恒和离子守恒:
原子守恒法是依据反应前后原子的种类及个数都不变的原理,进行推导或计算的方法。离子守恒是根据反应(非氧化还原反应)前后离子数目不变的原理进行推导和计算。用这种方法计算不需要化学反应式,只需要找到起始和终止反应时离子的对应关系,即可通过简单的守恒关系,计算出所需结果。
例1、在同温同压下,50ml气体A2跟100ml气体B2化合生成50ml气体C,则C的化学式是( )
(A)AB2 (B)A2B (C)A2B4 (D)AB
例2、把 NaHCO3与Na2CO3·10H2O的混合物6.56克溶于水配制成100ml溶液,已知此溶液中Na+的物质浓度为0.5
mol/L;若将等质量的该混合物加热到质量不再变化为止,则其质量减少了多少克?
练习:1、准确称取6g铝土矿样品(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)加入100mL硫酸溶液,充分反应后向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液,产生沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示,则所用硫酸溶液的物质的量浓度为(
)
A.3.50mol/L B.1.75mol/L
C.0.85mol/L D.无法计算
2、有一块铝铁合金,溶于足量的盐酸中,再用过量的NaOH溶液处理,将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧,完全变成红色粉末,经称量红色粉末和合金的质量相等,求合金中铝的质量分数。

3、将镁带在空气中燃烧的全部产物溶解在50mL物质的量浓度为1.8mol/L的盐酸中,多余的盐酸用20mL0.9mol/LNaOH溶液正好中和,然后在此溶液中加入过量的NaOH把NH3全部蒸发出来,经测定NH3的质量为0.102克,求镁带的质量为多少?

四、电荷守恒
电荷守恒,即对任一电中性的体系,如化合物、混合物、浊液等,电荷的代数和为0,即正电荷总数和负电荷总数相等。电荷守恒是利用反应前后离子所带电荷总量不变的原理,进行推导或计算。常用于溶液中离子浓度关系的推断,也可用此原理列等式进行有关反应中某些量的计算。
例1、
在K2SO4、Al2(SO4)3、的混合液中,已知c(Al3+)=0.4mol/L,c(SO42-)=0.7mol/L,则溶液中c(K+)为(

(A)0.1mol/L (B)0.15mol/L (C)0.2mol/L (D)0.25mol/L
例2、M2O7x-离子和S2-在酸性溶液中发生如下反应:M2O7x-+3S2-+14H+=2M3++3S+7HO
则M2O7x-离子中M的化合价为( )
(A)+2 (B)+3 (C)+5 (D)+6
练习:1、将KCl和KBr混合物13.4克溶于水配成500mL溶液,通入过量的Cl2,反应后将溶液蒸干,得固体11.175g则原溶液中K+,Cl-,Br-的物质的量之比为
( ):
(A)3:2:1 (B)1:2:3 ( C)1:3:2 ( D)2:3:1

2、将200mL 0.1mol/L的Na2CO3溶液与含1.71gBa(OH)2的溶液混合后,为使溶液呈中性,需加入1mol/L盐酸的体积是多少?

3、在一定条件下,RO3n-和I-发生反应的离子方程式为:RO3n-+6I-+6H+= R-+3I2+3H2O。
(1) RO3n-中R元素的化合价是______;(2)R元素的原子最外层电子数是_____。

4、1L混合溶液中含SO42-0.00025mol,Cl-0.0005mol ,NO3-0.00025mol ,Na+0.00025 mol
,其余为H+,则H+物质的量浓度为( )。
A.0.0025 mol·L-1 B.0.0001 mol·L-1 C.0.001 mol·L-1 D.0.005 mol·L-1

五、电子得失守恒
电子得失守恒,是指在氧化还原反应中,氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。无论是自发进行的氧化还原反应,还是原电池或电解池中,均如此。它广泛应用于氧化还原反应中的各种计算,甚至还包括电解产物的计算。
例1、7.68g铜和一定量的浓硝酸反应,当铜反应完全时,收集到标准状况下的气体4.48L,若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中,需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?
例2、已知某强氧化剂[RO(OH)2]+能被硫酸钠还原到较低价态,如果还原含
2.4×10-3mol[RO(OH)2]-的溶液到低价态,需12mL0.2mol/L的亚硫酸钠溶液,那么R元素的最终价态为( )
(A) +3  (B) +2 ( C)+1 ( D) -1
练习:1、某氧化剂中,起氧化作用的是X2O72-离子,在溶液中0.2
mol该离子恰好能使0.6molSO32-离子完全氧化,则X2O72-离子还原后的化合价为( )
A.+1 B.+2 C.+3 D.+4

2、一定条件下NH4NO3受热分解的未配平的化学方程式为:
NH4NO3 =HNO3+N2+H2O在反应中被氧化与被还原的氮原子数之比为( )
A.5∶3 B.5∶4 C.1∶1 D.3∶5

3、将5.6克铁粉溶于过量的稀硫酸中,在加热条件下加入1.01克KNO3晶休氧化溶液中的Fe2+,待反应完全后,剩余的Fe2+尚需0.2mol/L的KMnO4mol/L溶液70mL才能完全氧化(已知KMnO4的还原产物为Mn2+)求KNO3的还原产物。

4、将1.36克铁粉和氧化铁粉末的混合物,投入50ml的稀H2SO4中,恰好完全反应并放出标况下1.12L氢气,反应后的溶液中不含Fe和Fe3+。求混合物中的Fe和氧化铁的质量。

5、将X molMg溶于含Y molHNO3的稀硝酸溶液中,生成N2O。求此时X与Y的比值为多少?

6、A、B、C三个电解槽,A槽是CuCl2作电解液,纯铜片作阴极,B、C两槽以AgNO3溶液作电解液,纯银丝作阴极,先将A、B槽并联,再与C槽串联进行电解,其B槽中银丝质量增加0.108g,C槽银丝增加0.216g,则A槽Cu片质量增加(
)
A.0.216g B.0.108g C.0.064g D.0.032g

六、多重守恒
多重守恒是利用多种守恒列方程式组进行计算的方法。
例1、把0.02mol/LHAC溶液和0.01mol/LNaOH溶液等体积混合,则混合溶液中微粒浓度关系正确的是( )
A.C(Ac-)>c(Na+) B.C(HAc)>c(Ac-)
C.2C(H+)=C(AC-)-C(HAC)
D.c(HAC)+C(AC-)=0.01mol/L
〖分析〗此题实质上是0.05mol/L的HAc溶液和0.05mol/L的NaAc溶液的混合溶液。
由电荷守恒关系可得:C(H+)+C(Na+)=C(AC-)+C(OH-)…………(1)
由物料守恒关系可得:C(HAC)+(AC-)=C(Na+)×2=0.01mol/L……(2)
由(2)可知D正确。将(1)×2+(2)可得:
2C(H+)=C(AC-)+2C(OH-)-C(HAC)%……(3)故C选项错误。
例2、0.1mol/L的NaOH溶液0.2L,通入标准状况下448mL H2S气体,所得溶液离子浓度大小关系正确的是 ( )
A.[Na+]>[HS-]>[OH-]>[H2S]>[S2-]>[H+]
B.[Na+]+[H+]=[HS-]+[S2-]+[OH-]
C.[Na+]=[H2S]+[HS-]+[S2-]+[OH-]
D.[S2-]+[OH-]=[H+]+[H2S]
〖分析〗对于溶液中微粒浓度(或数目)的比较,要遵循两条原则:一是电荷守恒,即溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数;二是物料守恒,即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。
上述溶液实际上是含0.02mol NaHS的溶液。根据上面的规律:
电荷守恒:溶液中阳离子有Na+ 、H+,阴离子有HS-、S2-、OH-。
[Na+]+[H+]=[HS-]+2[S2-]+[OH-] …………………①
物料守恒:HS-由于水解和电离,其存在形式为HS-、S2-、H2S。
S=[S2-]+[HS-]+[H2S]
而钠元素物质的量等于硫元素物质的量即[Na+]=[S2-]+[HS-]+[H2S] …………②
②代入①中,得[S2-]+[OH-]=[H+]+[H2S] …………………③
另在溶液中,H+ 、OH-都由H2O电离而来,故H+
、OH-二者的总量应相等,而H+由于HS-水解的原因存在形式为H+、H2S,OH-由于HS-电离的原因存在形式为OH-、S2-。同样可得到③。
综上所述,答案选D

 

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