化学计算中的守恒法

王秀平

摘要：守恒法是中学化学计算中一种很重要的方法与技巧，其特点是抓住有关变化的始态和终态，忽略中间过程，利用其中某种不变量建立关系式，从而简化思路，快速解题. 守恒法解题依据是根据几个连续的化学方程式前后某微粒如原子、电子、离子的物质的量保持不变或质量守恒原理等列关系式解答。

关键词：化学；计算；守恒法

化学计算题是中学生在化学学习中比较发愁的一类题目，也是学生们在测验和考试中最难得分的一类题，如何选用最合适的方法准确而快速地解决计算题，对于提高学习成绩，增强学习效率，有着非常重要的意义。守恒定律是自然界中最重要的基本定律，是构成化学科学的基础，化学反应过程就是参加反应的各物质的原子（包括离子）重新组合而生成新物质的过程。反应前后原子的种类没有改变，数目没有增减，原子的质量也没有改变，也就是说

A+B=C+D的化学反应，其中A和B的质量和等于C和D的质量和。在化学计算中，守恒法运用十分广泛，特别是有关混合物或反应物关系复杂或反应步骤较多的化学试题，运用守恒法求解，无需考虑反应体系各组分间的相互作用过程，也无需考虑变化所经历的具体途径，只需把握反应体系中某一组分经过变化前后的始态和终态即某一特定量固定不变，就会使问题中的化学关系更清楚地显示出来，简化解题过程，提高解题速度和准确率，常用守恒法计算包括：质量守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。

一、质量守恒法

是根据化学反应前后反应物的总质量与生成物的总质量相等的原理或根据物质质量既不会增加也不会减少，只是由一种形式转化为另一种形式来分析计算。

例1、在反应A+2B=C+2D中，已知C和D和摩尔质量比为22：9，当16克A与B完全反应后，生成44克C，求此反应中B与D的质量比是多少？

解：设可生成D的质量是X

A + 2B = C+2D

222×9

44X

∴X=36克

根据质量守恒定律：参加反应的B的质量为：44+3616=64克，

故反应中B与D的质量比为：64：36=16：9

例2、在一定温度下，向25克蒸馏水中加入一定量无水CuSO4粉末，充分搅拌过滤，得到一定质量蓝色晶体和12.6克滤液，若此温度下无水CuSO4的溶解度是40克，求此无水CuSO4粉末的质量是多少？

解：设此无水CuSO4粉末的质量为X克

根据质量守恒定律知：

所得蓝色晶体的质量为：X+2512.6

所加入的无水CuSO4一部分存在于晶体中，一部分存在于饱和溶液中即：

X=（X+2512.6）×160250+12.6×40100+40X=32克

二、原子守恒法

根据反应前后元素的种类和原子数目不变进行分析计算

例取铜银合金1克放入过量的硝酸溶液中，使其全部溶解，再加入盐酸，测得生成氯化银沉淀0.35克，求此合金中铜的质量分数。

解：设1克合金中含银X克

根据银原子守恒

Ag～～AgCL

108143.5

X0.35

108143.5=X0.35X=0.263克

故铜的质量分数为：w= 1-0.2631×100%=73.7%

例2、有0.4克铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入到足量的澄清石灰水中，得到0.75克固体沉淀物，这种铁的氧化物的化学式是什么？

解：根据题目中所设定的条件，铁的氧化物中的氧先转变成CO2又转变成

CaCO3即根据氧原子守恒得：

氧化物中的O～～CaCO3

16100

X0.75

16100=X0.75∴X=0.12克

则铁与氧的原子个数比为：

0.4-0.1256：0.1216=2：3

∴该氧化物的化学式为Fe2O3

三、电荷守恒法

依据电解质溶液中阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数相等的原则分析计算

例1：将K2SO4 、Al2（SO4）3 、KAl（SO4）2三种盐溶于稀硫酸中，测得C（SO2-4）=0.105mol/L，C（Al3+）=0.055mol/L，溶液的pH=2.0，则C（K+）是多少？

解：溶液中存在电荷守恒

C（K+）+C（H+）+3C（Al3+）=2C（SO2-4）+C（OH-）

pH=2.0得C（H+）=0.01mol/L，C（OH-）=1×1012mol/L，（可忽略不计）

故：C（K+）=2C（SO2-4）3C（Al3+）C（H+）

=2×0.1053×0.0550.01=0.035mol/L

例2、把一种碱MOH加入到另一种强酸HA溶液中，反应后溶液呈中性，则下列判断一定正确的是（）.

A.生成的盐不水解B.酸碱以等物质的量混合

C.反应后溶液中C（M+）=C（A）D.加入的碱过量

分析：由于不知MOH为强碱还是弱碱，故仅知道一元酸和一元碱中和无法确定呈中性的原因，但是若避开此关键问题，据电荷守恒原则：

C（H+）+C（M+）=C（H+）+C（OH-），由于溶液呈中性，即C（H+）=C（OH-）

则：C（M+）=C（A），故答案是C.

四、得失电子守恒法

氧化还原反应中，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等，利用这一特点，在解题过程中首先找出氧化剂、还原剂的物质的量及每摩尔氧化剂、还原剂得失电子的量，然后据电子守恒列式计算。

例：12ml浓度为0.5mol/L的Na2SO3溶液，恰好与10ml浓度为0.2mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应，试分析元素Cr在还原产物中的价态是什么？

解：还原剂是Na2SO3，反应后生成Na2SO4，每1molNa2SO3变成Na2SO4失去2mol电子，则12ml0.5mol/L的Na2SO3失去电子是12×103 ×0.5×2mol電子。

氧化剂是K2Cr2O7，反应前Cr为+6价，反应后Cr为X价，1molK2Cr2O7反应后得电子2（6X）mol，则10ml0.2mol/L的K2Cr2O7反应后得电子是：0.2×10×103 ×2（6X）mol，

据得失电子守恒得：12×103 ×0.5×2=02×10×103 ×2（6X）∴X=3

五、离子守恒法

根据离子反应中，反应前后元素离子数目不变的原理，计算过程不需要依据化学反应方程式，只需找到起始和终止时离子的对应关系，即可计算，将复杂的问题简单化。

例：27.2克Fe粉和Fe2O3的混合物放入500ml的稀H2SO4中，发现固体物质完全溶解，并放出0.1molH2，此时测知溶液中无Fe3+，然后向溶液中加入2mol/L的NaOH500ml时，溶液恰好呈中性，求原H2SO4溶液的物质的量浓度？

解：此题涉及的反应较多，看起来比较复杂，但据离子守恒原则，反应前后的SO2-4和Na+的量不变，当溶液恰好呈中性时，说明Fe元素全部转化成Fe（OH）2沉淀，而H2SO4恰好全部转化成Na2SO4。

据离子守恒得： n（Na+）=2n（SO2-4）

则n（H2SO4）=n（SO2-4）=12n（Na+）=12n（NaOH）=12×2mol/L×0.5L=0.5mol

故C（H2SO4）=nV=0.5mol0.5L=1mol·L-1

总之，守恒法整体思维法就是抛开繁琐的反应过程，抓住始态与终态中某些物理量的守恒关系求解的一种思维方法，可简化解题过程，快速解答。