柴勇

守恒存在于整個自然界之中，一切化學(xué)反應(yīng)都遵循守恒定律，在化學(xué)變化中有各種各樣的守恒，如質(zhì)量守恒、元素守恒、原子守恒、電子守恒、電荷守恒、化合價守恒、能量守恒等等，這就是打開化學(xué)計算之門的“金鑰匙”.

一、質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒，就是指化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和不變.

例1已知Q與R的摩爾質(zhì)量之比為9∶22，在反應(yīng)X+2Y2Q+R中，當(dāng)1.6 g X與Y完全反應(yīng)，生成4.4 g R，則參與反應(yīng)的Y和生成物Q的質(zhì)量之比為（ ）.

A.46∶9 B.32∶9 C.23∶9 D.16∶9

解析已知：MQ/MR=9/22，nQ/nR=2/1，mQ/mR=nQMQ/nRMR=2/1×9/22=9/11；mQ=mR×9/11=4.4×9/11=3.6 g.根據(jù)質(zhì)量守恒得：mY=mQ+mR-mX=3.6+4.4-1.6=6.4 g.則：mY/mQ=6.4/3.6=16/9.

答案：D

例2在臭氧發(fā)生器中裝入氧氣100 mL.經(jīng)反應(yīng)3O22O3，最后氣體體積變?yōu)?5 mL（均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定），則混合氣體的密度是（ ）.

A.1.3 g/L B.1.5 g/L

C.1.7 g/L D.2.0 g/L

解析由質(zhì)量守恒定律得知，反應(yīng)前后容器內(nèi)的氣體質(zhì)量不變，為100 mL氧氣質(zhì)量.則混合氣體的密度為：ρ=（32×0.1/22.4）/0.095=1.5 g/L.

答案：B

例3為了配制一種培養(yǎng)液，需用含有NaH2PO4和Na2HPO4（它們的物質(zhì)的量之比為3∶1）的混合液，每升混合液中含磷原子0.1 mol.現(xiàn)用4.0 mol/L的H3PO4溶液和固體NaOH配制2.0 L混合液，問需該H3PO4溶液mL和NaOH固體g.

解析由P元素守恒得：V（H3PO4）=0.1×2/4.0=0.05 L=50 mL；其中：n（NaH2PO4）=0.2×3/4=0.15 mol，n（Na2HPO4）=0.2×1/4=0.05 mol；由Na元素守恒可得：m（NaOH）=（0.15+0.05×2）×40=10 g.

答案：50 mL 10 g

二、元素原子守恒

元素原子守恒，就是指參加化學(xué)反應(yīng)前后組成物質(zhì)的元素種類不變，原子個數(shù)不變.

例430 mL一定濃度的硝酸溶液與5.12 g銅片反應(yīng)，當(dāng)銅片全部反應(yīng)完畢后，共收集到氣體2.24 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則該硝酸溶液的物質(zhì)的量濃度至少為（ ）.

A.9 mol/L B.8 mol/L

C.5 mol/L D.10 mol/L

解析HNO3做氧化劑生成NO2與NO混合物（NOx）∶n氧化劑=2.24/22.4=0.1 mol；HNO3作酸生成Cu（NO3）2∶n酸=2×5.12/64=0.16 mol；N元素守恒，則HNO3的最低濃度為：c（HNO3）=（0.1+0.16）/0.03=8.67 mol/L.

答案：A

例5在CO和CO2的混合氣體中，氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%.將該混合氣體5 g通過足量的灼熱的氧化銅，充分反應(yīng)后，氣體再全部通入足量的澄清石灰水中，得到白色沉淀的質(zhì)量是（ ）.

A.5 g B.10 g C.15 g D.20 g

解析5 g混合氣體中含C元素的質(zhì)量為：

m（C）=5×（1-64%）=1.8 g；C元素守恒：

m（CaCO3）=100×1.8/12=15 g.

答案：C

三、電子守恒

電子守恒，是指在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù).

例6某強氧化劑[XO（OH）2]+被亞硫酸鈉還原到較低價態(tài).若還原2.4×10-3 mol [XO（OH）2]+到較低價態(tài)，需要20 mL 0.3 mol/L Na2SO3溶液，則X元素的最終價態(tài)為（ ）.

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

解析根據(jù)電子守恒，反應(yīng)中[XO（OH）2]+得到電子的物質(zhì)的量等于Na2SO3失去電子的物質(zhì)的量.設(shè)X元素的最終價態(tài)為x：2.4×10-3×（5-x）=0.02×0.3×（6-4），解得x=0.

答案：C

例7某金屬硝酸鹽溶液，用鉑做電極電解，電解時陽極產(chǎn)生的氣體為560 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），在陰極析出m g金屬，若金屬在硝酸鹽中為+n價，則金屬的相對原子質(zhì)量為（ ）.

A.mn B.20m/n C.20mn D.10mn

解析陽極產(chǎn)生O2，陰極析出金屬單質(zhì).由得失電子守恒得：4×560/22400=mn/M，M=10mn.答案：D

例8往100 mL FeBr2溶液中緩慢通入2.24 L Cl2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），結(jié)果溶液中有1/3的溴離子被氧化成溴單質(zhì)，則原FeBr2溶液的物質(zhì)的量濃度為mol/L.

解析設(shè)原溶液有x mol FeBr2，則生成x mol Fe3+，2x/3 mol Br 被氧化，0.1 mol Cl2被還原；由得失電子守恒有：x+2x/3=0.1×2，x=0.12 mol，則c（FeBr2）=1.2 mol/L.

答案：1.2 mol/L

例93.84 g銅和一定量濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅反應(yīng)完畢時，共產(chǎn)生氣體2.24 L（標(biāo)況）.

（1）反應(yīng)中消耗HNO3的總物質(zhì)的量是

mol.

（2）欲使2.24 L氣體恰好全部被水吸收，需通入

mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣（氧氣也恰好全部被吸收）.

解析（1）HNO3的作用是氧化性和酸性，n（HNO3）=2.24/22.4+2×3.84/64=0.22 mol.

（2）根據(jù)得失電子守恒有：

V（O2）=（3.84/64×22400）/2=672 mL.

答案：（1） 0.22 mol （2） 672 mL

四、電荷守恒

電荷守恒，就是指在化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的電荷總數(shù)應(yīng)等于產(chǎn)物的電荷總數(shù)；在電解質(zhì)溶液中陰離子所帶的負(fù)電荷總量應(yīng)等于陽離子所帶的正電荷總量.

例10鎂帶在空氣中燃燒生成氧化鎂和氮化鎂.將燃燒后的產(chǎn)物溶解在60 mL 2.0 mol/L的鹽酸中，再用20 mL 0.5 mol/L NaOH溶液中和多余的鹽酸，然后在此溶液中加入過量的堿，把氨全部蒸出來，用稀鹽酸吸收，稀鹽酸增重0.17 g.則鎂帶的質(zhì)量為g.

解析根據(jù)電荷守恒有：

2n（Mg2+）+n（NH+4）+n（Na+）=n（Cl-）

代入數(shù)據(jù)：2n（Mg2+）+0.17/17+0.5×0.02=2.0×0.06

解得：n（Mg2+）=0.05 mol，m（Mg2+）=1.2 g.

答案：1.2

五、化合價守恒

化合價守恒，是指化合物或混合物中正負(fù)化合價絕對值相等.在電解過程中各電極上析出物質(zhì)的總價數(shù)也是守恒的.

例11用0.1 mol/L的Na2SO3溶液300 mL，恰好將2×10-2 mol的XO-4離子還原，則元素X在還原產(chǎn)物中的化合價是（ ）.

A.+1 B.+2 C.+3 D.+4

解析根據(jù)化合價守恒有：2×10-2×（7-x）=0.1×0.3×（6-4），解得x=4.

答案：D

例12一種含MgO、Mg3N2的混合物，若其中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，則氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為.

解析若取100 g混合物，則m（Mg2+）=62.4 g，設(shè)N元素為x g，則O元素為100-62.4-x g；根據(jù)化合價守恒有：2×62.4/24=3x/14+2×（37.6-x）/16，解得x=5.6 g，則N%=5.6%.

答案：5.6%

例13在鐵和氧化鐵的混合物15 g中加入稀硫酸150 mL，標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出氫氣1.68 L，同時鐵和氧化鐵均無剩余.向溶液中滴入KSCN未見顏色變化.為了中和過量的硫酸，且使Fe2+完全轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵，共消耗3 mol/L的氫氧化鈉溶液200 mL，則原硫酸的物質(zhì)的量濃度為mol/L.

解析溶液中的溶質(zhì)最終以Na2SO4形式存在，設(shè)溶液中硫酸根的物質(zhì)的量為x.則由化合價守恒可得：3×0.2=2x，解得：x=0.3；由于硫酸根來自于稀硫酸，所以c（H2SO4）=0.3/0.15=2 mol/L.

答案：2

六、能量守恒

在任何一個反應(yīng)體系中，體系的能量一定是守恒的.在解答與能量有關(guān)的試題時，考慮能量守恒，能使解題的程序簡化.

例14已知硝酸鉀晶體溶于水時要吸收熱量，從溶液中析出晶體會放出熱量，若有室溫下硝酸鉀飽和溶液20 mL，向其中加入1 g硝酸鉀晶體，充分?jǐn)嚢瑁@時（ ）.

A.溶液的質(zhì)量會減少

B.溶液的溫度會降低

C.溶液的溫度無變化

D.溶液的溫度先降低后升高

解析由于溶解與結(jié)晶所吸收和放出的熱量守恒，故溶液的溫度無變化.

答案：C

（收稿日期：2015-01-18）