化學守恆法

化學守恆法,是打開化學之門的鑰匙。一切化學反應都遵循守恆定律,在化學變化中有質量守恆、元素守恆、原子守恆、電子守恆、電荷守恆、化合價守恆、能量守恆等。運用守恆定律,只考慮反應體系中某些組分相互作用前後某些物理量或化學量的始態和終態,從而可以速解、巧解化學題目。

一、質量守恆

質量守恆,化學反應前後各物質的質量總和不變。

在一個密閉容器中有四種物質,在一定條件下充分反應後,測得反應前後各物質的質量如下表所示,已知Q的相對分子質量是x的兩倍,回答下列問題:

化學守恆法

(1)“待測”值為 9

(2)參加反應的X與Q的質量比為1:3

(3)該反應方程式中X與Q的化學計量數之比為2:3

解析:首先從表中可知X、Y、Z物質反應前後的質量變化,確定X、Y、Z是反應物還是生成物;然後根據質量守恆定律確定Q是反應物還是生成物。

(1)根據質量守恆定律可知,4+10+1+21-0-12-15=9,故“待測”值為9。

(2)參加反應的X與Q的質量比為:4:(21-9)=1:3。

(4)Q的相對分子質量是X的兩倍,則該反應方程式中X與Q的化學計量數之比為:a:2b=1:3,a:b=2:3。

二、元素守恆(物料守恆)

元素守恆,就是指參加化學反應前後組成物質的元素種類不變,原子個數不變。

30 mL一定濃度的硝酸溶液與5.12 g銅片反應,當銅片全部反應完畢後,共收集到NO、NO2混合氣體2.24 L(標準狀況下),則該硝酸溶液的物質的量濃度為8.7mol/L。

解析:根據N原子守恆可計算硝酸的物質的量濃度。被還原的硝酸的物質的量等於生成NO2、NO的總的物質的量,酸性作用的硝酸反應後生成Cu(NO3)2,則反應中消耗HNO3的物質的量為2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+n(NO2)。

n(Cu)=5.12/64=0.08mol

NO和NO2的物質的量和為2.24/22.4=0.1mol

n(HNO3)=0.08mol×2+0.1mol=0.26mol

c(HNO3)=0.26/0.03=8.7mol/L

三、電子守恆

電子守恆,一般是指在氧化還原反應中,氧化劑得電子總數等於還原劑失電子總數。

“有效氯含量”可用來衡量含氯消費劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當於多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為1.57。(計算結果保留兩位小數)

解析:氯氣、亞氯酸鈉的最終還原產物為氯離子。NaClO2得4e-得到氯離子,Cl2得2e-得到氯離子,根據得電子相等可知NaClO2~2Cl2,故NaClO2的有效氯含量為71×2/90.5≈1.57。

四、電荷守恆

電荷守恆,就是指在物理化學變化中,電荷既不能被創造,也不會被消滅。在化學反應中反應物的電荷總數應等於產物的電荷總數;在電解質溶液中陰離子所帶的負電荷總量應等於陽離子所帶的正電荷總量。

現有一混合溶液,組成如下表所示,則該混合液的電荷守恆可表示為a+2b=c+2d(用a、b、c表示)

化學守恆法

解析:溶液不顯電性,根據電荷守恆,鉀離子和鎂離子所帶的正電荷等於氯離子和硫酸根離子所帶的負電荷,即:a+2b=c+2d。

五、化合價守恆

化合價守恆,是指化合物或混合物中正負化合價絕對值相等;在電解過程中各電極上析出物質的總價數也是守恆的。

已知離子方程式:RO3n-+F2+2OH-═RO4-+2F-+H2O,由此可知在RO3n-中元素R的化合價為+5價

解析:已知離子方程式,根據電荷守恆可知n=1,進而根據化合價代數和為0計算R在RO3-中化合價為+5價。

六、能量守恆

在任何一個反應體系中,體系的能量一定是守恆的。在化學反應中,反應的熱效應只與始態、終態有關,與過程無關,即蓋斯定律實質上是能量守恆定律的體現。

已知單斜硫和正交硫轉化為二氧化硫的能量變化如圖所示,S(s,單斜)=S(s,正交)△H為-0.33KJ/mol。

化學守恆法

解析:據圖象可知:

①S(s,單斜)+O2(g)=SO2(g) △H1

②S(s,正交)+O2(g)=SO2(g) △H2

由蓋斯定律,將①-②可得S(s,單斜)=S(s,正交)△H=-0.33KJ/mol。


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