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方法01 守恒思想 在高中化學(xué)的學(xué)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到計(jì)算題，其主要功能是考查學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的廣度，同時(shí)也考查學(xué)生對(duì)知識(shí)運(yùn)用的熟練程度以及知識(shí)的系統(tǒng)性。一般情況下計(jì)算題的題目較長(zhǎng)，所含信息較多，不容易找到正確的方向，因此有不少學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒不愿意動(dòng)手做題。其實(shí)如果掌握了一定的方法技巧，解化學(xué)計(jì)算題就會(huì)游刃有余，守恒法是其中一種比較重要的解題方法。 所謂“守恒”就是物質(zhì)在發(fā)生“變化”或兩物質(zhì)在發(fā)生“相互作用”的過(guò)程中某些物理量的總量保持“不變”。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、得失電子守恒、電荷守恒、能量守恒等。 1.1 質(zhì)量守恒法 它是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量相等的原理進(jìn)行計(jì)算或推斷的方法。主要包括反應(yīng)物總質(zhì)量與生成物總質(zhì)量守恒；反應(yīng)中某元素的質(zhì)量守恒；結(jié)晶過(guò)程中溶質(zhì)總質(zhì)量守恒；可逆反應(yīng)過(guò)程中總質(zhì)量守恒等。 第一步：明確題目要求解的量。 第二步：根據(jù)題目中要求解的量，分析反應(yīng)過(guò)程中物質(zhì)的變化，找出質(zhì)量守恒的物質(zhì)及與其相關(guān)的量。 第三步：根據(jù)質(zhì)量守恒的原理，梳理出反應(yīng)前后反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量，列式計(jì)算求解。 現(xiàn)有一塊鋁鐵合金，為測(cè)定其中鋁的含量，做如下實(shí)驗(yàn)：切一小塊合金，將其溶于鹽酸，然后加入足量的氫氧化鈉溶液，待溶液中的沉淀全部變成紅褐色時(shí)，過(guò)濾沉淀物并在空氣中灼燒，最后所得紅棕色粉末的質(zhì)量恰好跟原來(lái)的合金試樣質(zhì)量相等。則合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 A．25% B．30% C．46% D．70% 【思路點(diǎn)撥】第一步，弄清從合金到最后得到紅棕色粉末的過(guò)程中鐵元素的轉(zhuǎn)化；第二步，根據(jù)題意得出合金中鋁的質(zhì)量與氧化鐵中氧的質(zhì)量相等的結(jié)論；第三步，利用質(zhì)量守恒定律列式計(jì)算。 【試題解析】鐵、鋁兩種元素在整個(gè)化學(xué)變化過(guò)程中的轉(zhuǎn)化形式如圖所示： 根據(jù)上圖知，最后得到的紅棕色粉末為氧化鐵，根據(jù)題意知反應(yīng)前合金的質(zhì)量等于最后得到的Fe2O3的質(zhì)量，因鐵元素在各步反應(yīng)中完全轉(zhuǎn)化，即鐵元素的質(zhì)量守恒，則合金中鋁的質(zhì)量等于Fe2O3中氧元素的質(zhì)量，所以合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%=100%==30%。 【試題答案】B 一定量的液態(tài)化合物AB2，在適量的氧氣中恰好完全燃燒，反應(yīng)方程式為AB2(l)+3O2(g)AO2(g)+2BO2(g)，冷卻后，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得生成物的體積為336 mL，密度為2.56 gL-1，則化合物AB2的相對(duì)分子質(zhì)量為 A.30 B.38 C.76 D.172 【答案】C 【解析】由題給反應(yīng)方程式及各物質(zhì)的狀態(tài)知，反應(yīng)前后氣體的體積不變，故參與反應(yīng)的氧氣的體積=V(AO2)+V(BO2)=336 mL，則n(O2)=0.015 mol，故n(AB2)=n(O2)=0.005 mol。生成物質(zhì)量=0.86 g，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，m(AB2)=m(生成物)-m(O2)=0.86 g-0.015 mol32 gmol-1=0.38 g，則M(AB2)=76 gmol-1。 1.2 原子守恒法 它是依據(jù)反應(yīng)前后原子的種類及個(gè)數(shù)都不變的原理進(jìn)行推導(dǎo)或計(jì)算的方法。當(dāng)遇到兩種或兩種以上物質(zhì)組成的混合物的計(jì)算類試題時(shí)，一般會(huì)涉及多個(gè)反應(yīng)，若按常規(guī)方法計(jì)算需先寫(xiě)化學(xué)方程式，然后列方程組求解，非常煩瑣，此時(shí)，可采用“原子守恒法”解題。 第一步：仔細(xì)分析題目中給出的信息，找出反應(yīng)前后守恒的原子。 第二步：分別寫(xiě)出反應(yīng)前后含守恒原子的物質(zhì)及其物質(zhì)的量，找出反應(yīng)前后它們之間的關(guān)系。 第三步：運(yùn)用原子守恒，列出關(guān)系，根據(jù)已知元素原子的物質(zhì)的量，依據(jù)反應(yīng)前后原子的種類及個(gè)數(shù)不變的原理列出守恒關(guān)系。 將1.92 g銅粉與一定量濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅粉完全反應(yīng)時(shí)收集到NO2和NO的混合氣體1.12 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則消耗硝酸的物質(zhì)的量是 A．0.12 mol B．0.11 mol C．0.09 mol D．0.08 mol 【思路點(diǎn)撥】第一步，分析原子的去向，找出守恒的原子；第二步，找出守恒原子的存在形式，并寫(xiě)出它們的存在形式；第三步，利用原子守恒進(jìn)行計(jì)算。 【試題解析】由題意可知參加反應(yīng)的HNO3一部分生成Cu(NO3)2，另一部分變成NO2或NO。利用反應(yīng)前后N原子守恒，可以輕松求解。HNO3與Cu反應(yīng)，HNO3一部分起酸的作用，即生成Cu(NO3)2，用去硝酸的物質(zhì)的量=2n(Cu) =2=0.06 mol；另一部分HNO3起氧化作用，不管生成的1.12 L氣體為何種成分，都是HNO3的還原產(chǎn)物，且有HNO3~NO，HNO3~NO2，所以起氧化作用的HNO3的物質(zhì)的量為=0.05 mol，故共消耗HNO3的物質(zhì)的量為0.06 mol + 0.05 mol = 0.11 mol。 【試題答案】B 1.3 得失電子守恒法 它是依據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子總數(shù)相等的原理進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算的方法。它廣泛應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)中的各種計(jì)算，甚至包括電解產(chǎn)物的計(jì)算。得失電子守恒法常用于解答有關(guān)復(fù)雜氧化還原反應(yīng)的計(jì)算和配平問(wèn)題。 第一步：得失電子只有在氧化還原反應(yīng)中才存在，故要明確只有氧化還原反應(yīng)才可能用到得失電子守恒法，非氧化還原反應(yīng)不能使用此方法。 第二步：根據(jù)題意，再結(jié)合已學(xué)知識(shí)，判斷出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。 第三步：根據(jù)氧化劑或還原劑在反應(yīng)前后化合價(jià)的變化，確定它們所含的一個(gè)原子（或離子）得到或失去的電子數(shù)。 第四步：根據(jù)氧化劑得到的電子數(shù)一定等于還原劑失去的電子數(shù)，列出等式：n(還原劑)升價(jià)元素的原子個(gè)數(shù)化合價(jià)升高值=n(氧化劑)降價(jià)元素的原子個(gè)數(shù)化合價(jià)降低值。 羥胺（H2NOH）是一種還原劑，能將某些氧化劑還原?，F(xiàn)用25 mL 0.049 molL-1的羥胺酸性溶液跟足量的Fe2(SO4)3溶液在煮沸條件下反應(yīng)，生成的Fe2+恰好與24.50 mL 0.02 molL-1的酸性KMnO4溶液作用：FeSO4+KMnO4+H2SO4→Fe2(SO4)3+K2SO4+MnSO4+H2O，則在上述反應(yīng)中，羥胺的氧化產(chǎn)物是 A．N2 B．N2O C．NO D．NO2 【思路點(diǎn)撥】第一步，明確氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物；第二步，找出氧化劑與還原劑的得失電子情況；第三步，根據(jù)得失電子守恒列出等式并計(jì)算得出結(jié)果。 【試題解析】Fe2(SO4)3被羥胺還原為FeSO4，F(xiàn)eSO4又被酸性KMnO4溶液氧化為Fe2(SO4)3，相當(dāng)于未參加氧化還原反應(yīng)。故可認(rèn)為還原劑是羥胺，氧化劑是KMnO4。羥胺中氮元素在反應(yīng)前為－1價(jià)，設(shè)反應(yīng)后氮元素為n價(jià)，則有2510-3 L0.049 molL-1(n+1)=24.5010-3L0.02 molL-1(7-2)，解得n=1。 【試題答案】B 1.4 電荷守恒法 它是利用反應(yīng)前后離子所帶電荷總數(shù)不變的原理進(jìn)行推導(dǎo)或計(jì)算的方法。常用于溶液中離子濃度關(guān)系的推斷，也可用此原理列等式進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)中某些量的計(jì)算。解答電解質(zhì)溶液中的計(jì)算問(wèn)題常用電荷守恒法，溶液中的電荷守恒是一種隱含條件，應(yīng)注意每種陰、陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)是該離子的物質(zhì)的量與每個(gè)離子所帶電荷數(shù)的乘積。 第一步：根據(jù)題意，分析過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)，據(jù)此確定反應(yīng)后的某一終點(diǎn)溶液。 第二步：在終點(diǎn)溶液中找出所有的陰、陽(yáng)離子，根據(jù)題目中所提供的物質(zhì)的物質(zhì)的量，分別計(jì)算出各種離子的物質(zhì)的量。 第三步：根據(jù)溶液中電荷守恒列出等式。 將0.1 mol的鎂、鋁混合物溶于100 mL 2 molL-1 H2SO4溶液中，然后再滴加1 molL-1 NaOH溶液。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）若在滴加NaOH溶液的過(guò)程中，沉淀的質(zhì)量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如圖所示。當(dāng)V1=160 mL時(shí)，則金屬粉末中n(Mg)=______mol，V2=___________mL。 （2）若在滴加NaOH溶液的過(guò)程中，欲使Mg2+、Al3+剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V(NaOH)=___________mL。 （3）若混合物仍為0.1 mol，其中Mg粉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100 mL 2 molL-1 H2SO4溶解此混合物后，再加入450 mL 1 molL-1 NaOH溶液，所得沉淀中無(wú)Al(OH)3。滿足此條件的a的取值范圍是________。 【思路點(diǎn)撥】在解答本題時(shí)，第一步分析出各段的反應(yīng)情況，第二步確定加入不同體積的NaOH溶液時(shí)溶液中存在的離子，第三步找出各種離子之間的關(guān)系并根據(jù)電荷守恒關(guān)系列式計(jì)算。 【試題解析】（1）由圖知，在0~V1段，加入NaOH溶液無(wú)沉淀析出，說(shuō)明與Mg、Al反應(yīng)的H2SO4過(guò)量，Mg、Al完全溶于硫酸，故在V1處，加入的NaOH溶液恰好將過(guò)量的H2SO4完全中和，溶液中有Na+、Mg2+、Al3+、（H+、OH?忽略，下同）。根據(jù)電荷守恒得：1 molL-10.16 L+2n(Mg)+3n(Al)=20.1 L2 molL-1，又有n(Mg)+n(Al)=0.1 mol，所以，n(Mg)=0.06 mol，n(Al)=0.04 mol。在V2處，Al(OH)3恰好完全溶解，溶液中有Na+、、，根據(jù)電荷守恒得：1 molL-1V210-3 LmL-1=0.04 mol+20.1 L2 molL-1，所以V2=440 mL。 （2）當(dāng)Mg2+、Al3+剛好沉淀完全時(shí)，溶液中有Na+、，根據(jù)電荷守恒得：1 molL-1V(NaOH) 10-3LmL-1=20.1 L2 molL-1，所以V(NaOH)=400 mL。 （3）當(dāng)加入450 mL 1 molL-1NaOH溶液時(shí)，所得沉淀中無(wú)Al(OH)3，此時(shí)NaOH有可能恰好反應(yīng)，也可能過(guò)量，因此溶液中有Na+、、，還有可能有過(guò)量的OH-。根據(jù)電荷守恒得：1 molL-145010-3L =0.1(1-a)mol+20.1 L2 molL-1+n(OH-)。則1 molL-145010-3L≥0.1(1-a) mol+20.1 L2 molL-1，所以a≥0.5，又a<1，因此0.5≤a<1。 【試題答案】（1）0.06 440 （2）400 （3）0.5≤a<1 1.5 物料守恒法 它是依據(jù)反應(yīng)物中的元素原子（核）個(gè)數(shù)種類、總數(shù)對(duì)應(yīng)相等于生成物中的元素原子（核）個(gè)數(shù)種類、總數(shù)的原理進(jìn)行推導(dǎo)或計(jì)算的方法。物料守恒和電荷守恒、質(zhì)子守恒同為溶液中的三大守恒關(guān)系。 第一步：判斷溶液中是否存在反應(yīng)。若不存在反應(yīng)，則直接考慮電離或水解；若存在反應(yīng)，則先考慮反應(yīng)。 第二步：找出鹽溶液中發(fā)生電離或水解的離子。 第三步：首先將溶液中含有該種離子的主要元素的所有微粒找出，其次將各微粒的量分別乘以其相應(yīng)的原子個(gè)數(shù)，最后將各微粒的量相加得到該離子在溶液中的總量。 第四步：根據(jù)溶液中的物料關(guān)系，建立水解離子的總量與鹽溶液中不水解離子的量的關(guān)系，從而推導(dǎo)計(jì)算出其他離子濃度的關(guān)系。 25 ℃時(shí)，取0.2 molL-1 HX溶液與0.2 molL-1 NaOH溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），測(cè)得混合溶液的pH=8，則下列說(shuō)法（或關(guān)系式）不正確的是 A．混合溶液中由水電離出的c(OH?)<0.2 molL-1 HX溶液中由水電離出的c(H+) B．c(Na+)=c(X－)+c(HX)=0.1 molL-1 C．c(Na+)－c(X－)=9.910-7 molL-1 D．c(OH－)－c(HX)=110-8 molL-1 【思路點(diǎn)撥】第一步，判斷反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)；第二步，分析哪種離子發(fā)生電離或水解；第三步，判斷電離或水解產(chǎn)生的離子或分子，并考慮溶液中離子的電離或水解程度，分析離子濃度的大小。 【試題解析】由題意知，HX與NaOH恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)后溶液顯堿性，說(shuō)明HX為弱酸，故NaX水解促進(jìn)水的電離，而HX電離抑制水的電離，A錯(cuò)誤；由于混合后溶液體積變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，故由物料守恒得：c(Na+)=c(X－)+c(HX)=0.1 molL-1，B正確；由電荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(X－)+c(OH－)可得，c(Na+)－c(X?)=c(OH?)?c(H+)=9.910-7molL-1，C正確；將混合后溶液的物料守恒式代入電荷守恒式得：c(OH?)?c(HX)=c(H+)=110-8molL-1，D正確。 【試題答案】A