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        柳暗花明話“守恒”

        2008-07-07 05:18:36張清行
        關(guān)鍵詞:化合價(jià)電荷離子

        張清行

        守恒問(wèn)題在中學(xué)化學(xué)計(jì)算中占有重要的地位.在處理某些問(wèn)題時(shí),如果抓住存在的守恒關(guān)系,巧妙地選取方法,就能簡(jiǎn)化解題過(guò)程,快速準(zhǔn)確地解答題目,達(dá)到處理疑難問(wèn)題時(shí)“柳暗花明”的效果.現(xiàn)將守恒法的類型及應(yīng)用歸納如下.

        一、質(zhì)量守恒法

        化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律,即參加反應(yīng)的反應(yīng)物的總質(zhì)量等于反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量,反應(yīng)前后質(zhì)量不變.因此在處理化學(xué)反應(yīng)中與總質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題時(shí)可考慮質(zhì)量守恒法.

        例1在臭氧發(fā)生器中裝入100 mL O2,經(jīng)反應(yīng)3O2=2O3,最后氣體體積變?yōu)?5 mL(體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定),則反應(yīng)后混合氣體的密度為多少?

        解析:根據(jù)質(zhì)量守恒定律,反應(yīng)前后容器中氣體質(zhì)量不變,等于反應(yīng)前100 mL O2的質(zhì)量.則反應(yīng)后混合氣體的密度為:

        d=(0.1 L/22.4 L·mol-1 ×32g·mol-1)/0.095 L=1.5 g·L-1

        二、電子守恒法

        氧化還原反應(yīng)中存在電子守恒規(guī)律,即氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù),得失電子守恒.因此在處理氧化還原反應(yīng)中氧化劑、還原劑得失電子及反應(yīng)前后化合價(jià)等問(wèn)題時(shí)可考慮電子守恒法.

        例2如果用0.3 mol/L的Na2SO3溶液16 mL,剛好將3.2×10-3 mol的強(qiáng)氧化劑[RO(OH)2]+溶液中的溶質(zhì)還原到較低價(jià)態(tài),則反應(yīng)后R的最終價(jià)態(tài)是 ().

        A. 0 B. +1 C. +2 D. +3

        解析:在上述反應(yīng)中,氧化劑為[RO(OH)2]+,還原劑為SO32-.設(shè)反應(yīng)后R元素的化合價(jià)為x,則R元素化合價(jià)由+5降為x,S元素化合價(jià)由+4升為+6.1 mol R元素得電子(5-x)mol,1 mol S元素失電子(6-4)mol=2 mol.由電子守恒知:

        0.3×0.016×2=3.2×10-3×(5-x)解得x=+2 答案:C

        三、電荷守恒法

        溶液呈電中性,存在著離子的電荷守恒規(guī)律,即溶液中陽(yáng)離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù).溶液中離子反應(yīng)的離子方程式也遵循電荷守恒規(guī)律,即反應(yīng)前各離子電荷代數(shù)和等于反應(yīng)后各離子電荷代數(shù)和.因此在處理溶液(尤其是混合溶液)中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度、離子方程式正誤判斷或計(jì)算等問(wèn)題時(shí)可考慮電荷守恒法.

        例3在常溫下,把氨水滴到鹽酸中,當(dāng)c(NH4+)=c(Cl-)時(shí),混合溶液的pH為().

        A.大于7 B.小于7 C.等于7 D.無(wú)法判斷

        解析:根據(jù)電荷守恒,溶液中離子存在如下關(guān)系:c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)

        因?yàn)椋悖ǎ危?+)=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-). pH=7.答案:C

        四、元素守恒法

        化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子的重新組合,存在著元素(原子)守恒規(guī)律,即反應(yīng)前后元素及原子種類、數(shù)目相等.在一些復(fù)雜多步的化學(xué)過(guò)程中,雖然發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)多,但某些元素的物質(zhì)的量、濃度等始終沒(méi)有發(fā)生變化,整個(gè)過(guò)程中元素守恒.因此在處理多步復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程的問(wèn)題時(shí)可考慮元素守恒法.

        例4某不純的燒堿樣品含Na2CO3 3.80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),H2O 5.8%,NaOH 90.4%,取a g樣品溶于40.0 mL 2.00 mol/L-1的鹽酸中,并用2.00 mol·L-1的NaOH溶液中和剩余的酸,在蒸發(fā)后可得干燥的固體的質(zhì)量為().

        A.4.68 gB.5.58 g C.2.34 gD.2.34a g

        解析:蒸干所得固體是NaCl,根據(jù)氯元素守恒:n(NaCl)=n(HCl),m(NaCl)=2.00 mol·L-1×40.0×10-3 L×58.5 g·mol-1=4.68 g.答案:A

        五、物料守恒法

        溶液中某物質(zhì),不管在溶液中發(fā)生了什么變化,都存在物料守恒規(guī)律,即溶液中各組分各種存在方式的比符合物質(zhì)的組成比;某一組分的原始量等于它在溶液中各種存在形式的量之和;溶液中水的電離無(wú)論受到促進(jìn)或抑制,水電離的H+和OH-永遠(yuǎn)相等.因此在處理溶液(尤其是混合溶液)中離子的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度等量關(guān)系等問(wèn)題時(shí)可考慮物料守恒法.

        例50.1 mol/L的KOH溶液0.1 L,通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 mL H2S氣體,所得溶液離子濃度大小關(guān)系正確的是 ().

        A.c(K+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H2S)>c(S2-)>c(H+)

        B.c(K+)+c(H+)=c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)

        C.c(K+)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)

        D.c(S2-)+c(OH-)=c(H+)+c(H2S)

        解析:溶液中微粒濃度(或數(shù)目)要遵循兩條原則:一是電荷守恒,二是物料守恒.上述溶液實(shí)際上是含0.01 mol KHS的溶液.根據(jù)上面的規(guī)律:

        電荷守恒:溶液中陽(yáng)離子有K+、H+,陰離子有HS-、S2-、OH-.

        c(K+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-) ①

        物料守恒:HS-由于水解和電離,其存在形式為HS-、S2-、H2S.

        c(S)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)

        鉀元素物質(zhì)的量等于硫元素物質(zhì)的量c(K+)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S) ②

        ②代入①中,得c(S2-)+c(OH-)=c(H+)+c(H2S) ③

        另在溶液中,H+、OH-都由H2O電離而來(lái),故H+、OH-兩者的總量應(yīng)相等,而H+由于HS-水解的原因存在形式為H+、H2S,OH-由于HS-電離的原因存在形式為OH-、S2-.同樣可得到③.答案:D

        “本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文”

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