利用电子守恒解化学计算几例

张神排

氧化还原反应是中学化学学习的主线，也是高考必考的考点之一，从近几年高考试题的变化趋势来看，出现了一种难度较大以考查能力为主的新题型：求氧化产物和还原产物的物质的量比;给出陌生的物质，判断反应后的化合价或是否是氧化产物、还原产物等.尽管千变万化，但都离不开判断化合价的升降、电子的转移、电子数的守恒.

下面通过几个例题，谈谈电子守恒法在化学计算中的应用.

一、省去中间过程，简化计算

例1 3.84 g铜和一定质量的浓硝酸反应，当铜反应完时，共收集到标准状况时的气体2.24 L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？

解析 铜失电子数=被还原的硝酸得的电子数=氧化硝酸的还原产物NO，NO2消耗的氧气得的电子数，省去中间计算，铜失的电子数=氧气得的电子数.

则n（O2）=3.84÷64 g·mol-1×2×1/4=0.03

，V（O2）=0.003 mol×22.4 L·mol-1=0.672 L

若用常规解法，应先求出NO，NO2的物质的量，再根据：

4NO2+O2+2H2O4HNO3

4NO2+3O2+2H2O4HNO3

计算出O2的物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，中间计算多且复杂，容易出错，用电子守恒法综合考虑，可省去中间的各步计算，使计算简化.

二、在电解类题中的应用

例2 用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解，当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有H2析出，且电解前后溶液体积不变），电极上应析出银的质量是（ ）.

A.27 mg B.54 mg C. 108 mg D.216 mg

解析 根据得失电子守恒写出电极反应式：

阴极：4Ag++4e4Ag

阳极：2H2O-4eO2+4H+

可知：Ag+——H+

1 mol 1 mol

x1×10-3×0.5-1×10-6×0.5

x=5×10-4

则析出银的质量为：

5×10-4 mol×108 g·mol-1=5.4×10-2 g=54 mg

三、判断氧化产物或还原产物的化合价

例3 24 mL浓度为0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液，恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反应，则Cr元素在还原产物中的化合价为（ ）.

A.+6 B.+3 C.+2 D.0

解析 反应中Cr元素的化合价变化为2×（6-x），S元素的化合价变化为6-4=2.

20×10-3×0.02×2×（6-x）=24×10

-3×0.05×2 x=3

答案：B

四、在产物不确定类题中的应用

例4 10 g Fe-Mg合金溶解在一定量的某浓度的稀硝酸中，当金属完全反应后，收集到标况下4.48 L NO气体（设HNO3的还原产物只有NO）.在反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，可得多少克沉淀？

解析 该反应中Fe的变价无法确定，用常规法得讨论计算.仔细审题后发现，Mg，Fe失电子数等于氮元素得电子数.

n失=n得=4.48÷22.4 L·mol-1×3=0.6mol

Fe，Mg失电子后的阳离子所带正电荷共为0.6 mol，它也等于沉淀该阳离子所需OH-的物质的量.即n（OH-）=0.6 mol.

m沉淀=m阳+m（OH-）

=10 g+0.6 mol×17 g·mol-1

=20.2 g

得失电子守恒的规律是我们解氧化还原类题的一把钥匙，巧妙地运用电子守恒法可以快速准确地解决问题，提高我们多视角分析问题、解决问题的能力.