安徽 華雪瑩

電子守恒有妙用 巧解計(jì)算顯奇能

安徽 華雪瑩

電子守恒是化學(xué)中的一條重要規(guī)律，對(duì)于有些化學(xué)問題，如果能夠靈活地運(yùn)用電子守恒，不僅簡捷、快速，而且能夠有效地避免錯(cuò)解的發(fā)生。下面舉例分析，說明電子守恒法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用。

一、省去中間過程簡化運(yùn)算

例1 3．84g Cu與一定質(zhì)量的濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)Cu反應(yīng)完時(shí)，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體2．24L。若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽里，需通入多少升標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2才能使集氣瓶充滿溶液？

解析：Cu失電子數(shù)＝被還原的硝酸得的電子數(shù)＝氧化硝酸的還原產(chǎn)物NO、NO2消耗的O2得的電子數(shù)，省去中間計(jì)算，得Cu失的電子數(shù)＝氧氣得的電子數(shù)。則有

本題若采用常規(guī)解法，須先求出NO、NO2的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)4NO2＋O2＋2H2O ===4HNO3，4NO＋3O2＋2H2O ===4HNO3。計(jì)算出O2的物質(zhì)的量，并求出其體積。此種解法不僅運(yùn)算量較大，中間計(jì)算多，而且過程繁雜，很容易出錯(cuò)。采用電子守恒法綜合考慮，不僅省去了煩瑣的中間各步計(jì)算，而且快速簡捷。

二、在電解類題中的應(yīng)用

例2 用兩支惰性電極插入500mL AgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的pH從6．0變?yōu)?．0時(shí)（設(shè)電解時(shí)陰極上沒有H2析出，且電解前后溶液體積不變），電極上應(yīng)析出Ag的質(zhì)量是（ ）

A．27mg B．54mg

C．108mg D．216mg

解析：根據(jù)得失電子相等寫出電極反應(yīng)式：

陰極：4Ag＋===＋4e4Ag

故析出Ag的質(zhì)量為5×10－4mol×108g·mol－1＝5．4×10－2g＝54mg。

三、判斷氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物的化合價(jià)

例3 24mL濃度為0．05mol·L－1的Na2SO3溶液，恰好與20mL濃度為0．02mol·L－1的K2Cr2O7溶液完全反應(yīng)，則Cr元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為（ ）

A．＋6B．＋3

C．＋2D．0

解析：反應(yīng)中Cr元素的化合價(jià)變化為2×（6－x），S元素的化合價(jià)變化為6－4＝2。

20×10－3×0．02×2×（6－x）＝24×10－3×0．05×2，則x＝3。應(yīng)選B。

四、判斷元素的原子量

例4 用惰性電極電解M（NO3）n的水溶液，當(dāng)陰極上增重ag時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生b L氧氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），從而可知M的原子量為（ ）

解析：根據(jù)得失電子相等，陽極上物質(zhì)失電子總數(shù)等于陽極上物質(zhì)得電子總數(shù)。因每生成1mol O2，電子轉(zhuǎn)移4mol，設(shè)金屬原子量為M，則有：×4＝×x，解得。應(yīng)選C。

五、判斷消耗溶液的體積

例5 足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO混合氣體，這些氣體與1．68LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）混合后通入水中，所有氣體被完全吸收生成硝酸，若向所得硝酸銅溶液中加入5mol／L NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積為________。

A．60mL B．45mL

C．30mL D．15mL

解析：本題重在考查電子守恒的計(jì)算，銅與硝酸反應(yīng)，銅失去電子，硝酸得到電子生成氮氧化物，反應(yīng)后這些氮氧化物與氧氣作用又變成硝酸，故它們把得到的電子又全部給了氧氣，根據(jù)電子守恒：n（Cu2＋）×2e－＝n（O2）×4e－

根據(jù)化學(xué)方程式有：

六、確定物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化

例6 硫代硫酸鈉可作為脫氯劑，已知25mL 0．100mol／L Na2S2O3溶液恰好把224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）Cl2完全轉(zhuǎn)化為Cl－，則將轉(zhuǎn)化成（ ）

A．S2－B．S

解析：Cl2作為氧化劑將得到電子變成Cl－，而Na2S2O3（其中S顯＋2價(jià)）作為還原劑將失去電子，S化合價(jià)升高，它們轉(zhuǎn)移電子總數(shù)守恒。設(shè)反應(yīng)后的S為＋x價(jià)，則有：2（x－2）e－×n（Na2S2O3）mol＝2e－×，解得x＝6。故應(yīng)選D。

七、判斷離子的濃度

例7 14g鐵粉全部溶于某稀硝酸中，放出NO氣體后，稱得溶液的質(zhì)量比原稀硝酸增重8g。已知稀硝酸的體積為1L，且反應(yīng)中溶液的體積變化忽略不計(jì)。求反應(yīng)后溶液中金屬離子的濃度。

解析：n（Fe）＝＝0．25mol，n（NO）＝＝0．25mol。

設(shè)溶液中Fe2＋的物質(zhì)的量為x，F(xiàn)e3＋的物質(zhì)的量為（0．25mol－x）。則依據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等得：

2x＋3×（0．25mol－x）＝3×0．20mol，解得x＝0．15mol。

即Fe2＋為0．15mol，F(xiàn)e3＋為0．1mol。在混合溶液中：

得失電子相等的規(guī)律是我們解氧化還原類問題的一把鑰匙，巧妙地運(yùn)用電子守恒法可以快速準(zhǔn)確地解決問題，提高我們多視角分析問題、解決問題的能力。

（作者單位：安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)）