高中化学教学中守恒法的有效应用

2023-03-23吴超

数理化解题研究 2023年6期

关键词：能量守恒质子电荷

吴超

(福建省莆田第十一中学，福建蒲田 351166)

高中化学中守恒法的应用主要体现在电子守恒、电荷守恒、物料守恒、质子守恒以及能量守恒上.

1 电子守恒的应用

电子守恒是氧化还原反应遵循的重要规律.高中化学教学活动中应注重电子守恒在氧化还原反应问题中的运用，使学习者体会运用电子守恒解题的便利，养成运用电子守恒分析问题的意识与习惯.

例1将7.6g铁铜合金放入到100mL某浓度的稀硝酸溶液中，合金完全溶解后，共收集到标准状况下NO气体2.24L.同时测得溶液中H+的浓度为0.5mol/L.忽略反应前后溶液体积变化，则以下说法错误的是( ).

A.上述反应中金属共失去电子0.3mol

B.合金中铜的质量为4.8g

C.原硝酸的浓度c(HNO3)=3mol/L

D.要将溶液中的金属离子沉淀完全则需加70mL 5mol/L的NaOH溶液.

稀硝酸一部分表现为酸性，一部分表现为氧化性.表现氧化性的稀硝酸从金属中夺取电子，使得N的化合价由+5价降低至+2价.n(NO)=2.24L/22.4L/mol=0.1mol，N得到的电子数为0.3mol.设合金中铁、铜物质的量分别为x、y，由电子守恒可知3x+2y=0.3mol，又有56x+64y=7.6g，解得x=0.05，y=0.075，对应铜的质量为64y=4.8g.溶液中H+的浓度为0.5mol/L，表明剩余硝酸的物质的量为0.05mol.由N守恒可得：n(HNO3)=(0.05+0.1+0.05×3+0.075×2)mol=0.45mol，则c(HNO3)=0.45mol/0.1L=4.5mol/L.金属离子完全沉淀需要先中和剩余的HNO3，并根据Cu(OH)2和Fe(OH)3进行分析.需要消耗NaOH的物质的量为(0.05+0.05×3+0.075×2)mol=0.35mol，则所需5mol/L的NaOH溶液的体积为0.35mol/5mol/L=70mL.综上分析只有C项错误.

2 电荷守恒的应用

电荷守恒指电解质溶液中阴离子和阳离子所带电荷的总数是相等的，溶液对外不显电性.

图1

B.原100mL溶液中c(Cl-)=0.9mol/L

C.原100mL溶液中c(Fe3+)=0.3mol/L

D.生成气体X的离子方程式为

3 物料守恒的应用

物料守恒实际上是质量守恒的微观体现，指某一元素的原子在化学反应前后不会发生改变.该守恒常用于化学计算以及电解质溶液中离子浓度的大小比较中，计算时可不用考虑反应的过程，只需考虑原子的来源以及去向便可构建对应的等量关系.

例3常温下，向NaOH和NaAlO2的混合溶液中滴加NaHCO3溶液，测得溶液pH和生成的Al(OH)3的物质的量和加入NaHCO3溶液的体积关系如图2所示，则以下说法错误的是( ).

图2

A.加入的NaHCO3先和NaOH反应

C.NaHCO3溶液的物质的量浓度为0.9mol/L

综上只有C项错误.

4 质子守恒的应用

质子守恒是指酸失去的质子和碱得到的质子数目相同.需要注意的是质子守恒并不需要死记硬背，而是运用电荷守恒、物料守恒进行整理便可得出质子守恒等式.

例4常温下，H2A为一种易溶于水的二元酸，将NaOH溶液滴入到等物质的量浓度的H2A溶液中，溶液中H2A、HA-、A2-的物质的量浓度随溶液pH的变化关系如图3所示，则( ).

A.常温下，H2A的一级电离平衡常数为Ka1=10-6.27

B.当V(NaOH溶液)∶V(H2A溶液)=1∶1时，c(H+)-c(OH-)=2c(A2-)-c(H2A)

C.当pH=6.27时，c(A2-)=c(HA-)>c(H+)>c(OH-)

D.当溶液呈酸性时，c(Na+)>2c(A2-)+c(HA-)

图3

由图可知c(H2A)=c(HA-)时pH=3.3，则H2A的一级电离平衡常数为10-3.3.V(NaOH溶液)∶V(H2A溶液)=1∶1时，分别由物料守恒、电荷守恒推导出质子守恒，即c(H+)-c(OH-)=c(A2-)-c(H2A)；pH=6.27时，c(A2-)=c(HA-)，溶液显酸性，则c(A2-)=c(HA-)>c(H+)>c(OH-).溶液显酸性时，c(H+)>c(OH-)，由电荷守恒可得c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-)，c(Na+)<2c(A2-)+c(HA-).综上分析只有C项正确.