化学计算中的守恒思想

史永鑫

(安徽省芜湖市安徽师范大学附属中学 241001)

守恒思想是中学化学计算中最常用的重要解题思想之一，包括质量守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒等方面.其特点是技巧性很强，可以大大简化计算步骤，从而快速解题.例如在Cu、Ag等金属及其合金与HNO3反应的相关计算中可以将守恒思想用到极致.

笔者用来自一线教学中的一道经典例题进行交流，以供读者参考.

(1)稀释后的溶液中HNO3的物质的量浓度.

(2)被还原的HNO3得到的电子的物质的量.

(3)生成NO气体的体积(标准状况).

解析为了审题更直观，首先根据题意写出化学反应的表达式：

Cu+HNO3→Cu(NO3)2+NO2↑+NO↑+H2O

由Cu原子守恒：

n(Cu2+)=n(Cu)=3.2 g/64 g/mol=0.05mol

又根据电荷守恒(溶液的电中性原理)：

由于溶液呈酸性，故c(OH-)忽略不计，所以等式：

成立,而H+～HNO3，故n(HNO3)=n(H+)=0.20×1-0.05×2=0.1 mol，即稀释后c(HNO3)=0.1 mol/L.

(2)根据氧化还原反应中得失电子守恒：

被还原的HNO3得到的n(e-)恰好等于反应中Cu失去的n(e-)，

即n(e-)HNO3得=n(e-)Cu失=2×0.05mol=0.10mol.

(3)设n(NO)=xmol，n(NO2)=ymol:

分析N原子情况：

反应前n(N)=n(HNO3)前=0.26mol

根据N原子守恒：

x+y+0.20=0.26mol ①

再次利用得失e-守恒：

3x+y=0.10mol ②

联立方程①②解得：

n(NO)=x=0.02mol，n(NO2)=y=0.04mol

标准状况下V(NO)=448mL.

答案：

(1)稀释后c(HNO3)=0.1 mol/L.

(2)被还原的HNO3得n(e)=0.10mol.

(3)标准状况下V(NO)=448mL.

点评本题中两次用到“原子守恒”，两次用到“得失电子守恒”，一次用到“电荷守恒”，守恒思想在这里可谓已经用到极致.

类似习题：

1. 56g Fe粉投入500g稀HNO3中，两者恰好完全反应放出NO，溶液增重26g，则反应后溶液中的金属阳离子为( ).

A．只有Fe3+

B. 只有Fe2+

C．有Fe2+和Fe3+

D．无法确定

答案：A，提示：得失电子守恒

2. 14 g铜、银合金与足量的某浓度的硝酸反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合，通入水中恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为( ).

A．9.6 g B．6.4 g C．3.2 g D．1.6 g

答案：C，提示：得失电子守恒

3. 某单质能跟浓硝酸反应.若参加反应的单质与硝酸的物质的量之比为1∶4，则该元素在反应中所显示的化合价可能是( ).

A．+1 B．+2 C．+3 D．+4

答案：BD，提示：得失电子守恒，原子守恒

4．将1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标准状况)，则反应中消耗HNO3的物质的量为( ).

A．1mol B．0.05mol C．1.05mol D．0.11mol

答案：D，提示：Cu原子守恒，N原子守恒

5．1.92 g铜投入一定量浓HNO3中，铜完全溶解，生成气体颜色越来越浅，共收集到672 mL气体(标准状况).将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水中，则通入O2的体积为( ).

A．504mL B．168mL C．336mL D．224mL

答案：C，提示：得失电子守恒

6．在隔绝空气的情况下，9.8 g Fe、Mg混合物溶于一定量某浓度的稀硝酸中，当金属完全溶解后，收集到0.2 mol NO气体，在反应后的溶液中加入足量的烧碱溶液，可生成氢氧化物沉淀的质量为( ).

A．18g B．20g C．22g D． 4.96 g

答案：B，提示：Fe、Mg原子守恒，得失电子守恒