化学计算 守恒法

中学生化学竞赛专题讲座：守恒法在化学计算中的应用

化学计算中一种十分常用的方法——守恒法。这种方法在使用过程中不需要了解过多的中间过程，避免了繁杂的分析和多重化学反应，具有思路简单，关系明确，计算快捷的特点。

一、守恒法的基本题型和解题依据

1、参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物的质量总和，这个规律叫质量守恒定律。其本质是：化学反应前后，各元素的原子的种类，数目没有改变。所以，在一切化学反应中都存在着质量守恒、原子个数守恒。

2、氧化还原反应的特征是元素的化合价发生变化，其本质是在反应中有电子转移。由于物质间得失电子数相等，所以，在有化合价升降的元素间存在化合价升降总数相等的守恒关系。因而有电量守恒（又称电子得失守恒）及化合价守恒。

3、由于物质是电中性的，因而在化合物和电解质溶液中，阴阳离子所带电荷数相等，存在电荷守恒

二、例题应用指导

（一）质量守恒：

在化学反应中，参加反应的反应物的总质量等于反应后生成物的总质量，反应前后质量不变。

例1.在臭氧发生器中装入100mlO2，经反应3O2=2 O3，最后气体体积变为95ml（体积均为标准状况下测定），则反应后混合气体的密度为多少？

【分析】根据质量守恒定律反应前后容器中气体的质量不变，等于反应前100ml O2的质量。则反应后混合气体的密度为：

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

例2、将足量的金属钠投入到100gt°C的水中，恰好得到t°C时NaOH饱和溶液111g，则t°C 时NaOH的溶解度为____克。

[分析解答]：由于2Na+2H2O=NaOH+H2所以，反应前总质量为,反应后总质量为若设Na的物质的量为xmol，则=xmol.据质量守恒定律有：

23x+100=111+x×2，得x=0.5

∴=0.5mol×40g/mol=20g

(二)原子守恒：

在一些复杂多步的化学过程中，虽然发生的化学反应多，但某些元素的物质的量、浓度等始终没有发生变化，整个过程中元素守恒。

例3.有一在空气中暴露过的KOH固体，经分析知其内含水7.62%，K2CO32.88%，KOH90%，若将此样品1g加入到46.00ml的1 mol·L－1盐酸中，过量的酸再用1.07mol·L－1KOH溶液中和，蒸发中和后的溶液可得固体多少克？

【分析】此题中发生的反应很多，但仔细分析可知：蒸发溶液后所得固体为氯化钾，其Cl －全部来自于盐酸中的Cl－，在整个过程中Cl－守恒。即n（KCl）= n（HCl）故

m（KCl）=0.046L×1 mol·L－1×74.5 g · mol－1=3.427 g

例4、将1molH2S和1molO2混合后点燃，生成SO2的物质的量为_____mol?

[分析解答]：H2S在O2中燃烧反应有两种情况：

2H2S+O2=2S+2H2O 2H2S+3O2=2SO2+2H2O

本题中：由于2：3＜＜2：1 所以H2S在O2中燃烧的产物有S、SO2、H2O。细心观察不难发现：反应前H2S中的H元素全部转移到H2O中，反应前H2S中的S元素全

部转移到SO2和S中，反应前O2中的O元素全部转移到H2O用SO2中。∴据原子守恒有：=(H守恒) 2=2+(O守恒）

代入数据得：==1mol ∴==0.5mol

例5、将红磷放在Cl2中燃烧，若红磷与Cl2按n p:=1:1.8混合，待充分反应后，生成物中=___________。

[分析解答]：由于反应前红磷中的P元素全部转移到PCl3及PCl5中，反应前Cl2中的Cl元素全部转移到PCl3及PCl5中。

∴据原子守恒有：+=n P 3+5=n Cl

若设n P=1mol 则n Cl=2=2×1.8=3.6mol

∴有：+=1mol 3+5=3.6mol

解得=0.7mol =0.3mol

∴：=0.7:0.3=7:3

（三）电荷守恒

例6、将KCl和KBr的混合物13.4克，溶于水配成500mol溶液，通入过量的Cl2,反应后将溶液蒸干，得固体11.175克，则原配溶液中的K+、Cl-、Br-的物质的量浓度之比为（）A、1：2：3 B、3：2：1 C、1：3：2 D、2：3：1

[分析解答]：根据溶液中的电荷守恒有：[K+]=[Cl-]+[Br-]

∴[K+]＞[Cl-] [K+]＞[Br-] ∴为B

例7、某地酸雨分析数据如下：[Na+]=2.3×10-5mol/L [Cl-]=3.5×10-5mol/L[NH4+]=7×10-6mol/L[SO42-]=2.5×10-6mol/L 该地酸雨的PH值是（）。

A.3.0

B.4.0

C.4.3

D.5.0

解析：根据酸雨中，阴阳离子电荷守恒求算：

[Na+]+ [NH4+] +[H+] =[Cl-] +2[SO42-] +[OH-] 因溶液显酸性，故[OH-]可略。代入题给数据，立即求得[H+]=1.0×10-5mol/L PH=5.0故选D。

（四）电子守恒：（电子得失守恒，化合价升降总数相等）

氧化还原反应中，氧化剂失电子总数等于还原剂失电子总数，得失电子守恒。

例8、24ml浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液，恰好与20ml浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应，则元素Cr在被还原的产物中的化合价是______。

[分析解答]：先根据化合价的改变确定得失电子的物质：

由于题目指出Cr被还原，所以得电子的物质是K2Cr2O7,失电子的物质是Na2SO3。再根据化合价的改变分别找出1mol氧化剂、还原剂的得失电子数。设Cr元素被还原为+n价，

∴1mol在反应中得电子：2×(6-n)mol由于Na2SO3肯定被氧化为Na2SO4, ∴1molNa2SO3在反应中失电子：(6-4)×1=2mol。最后，根据反应物的实际电子得失总数，列电子守恒关系求解：

0.05mol/L×24×10-3L×2=0.02mol/L×20×10-3L×2(6-n)

解得：n=3 应为+3价。