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守恒法是定量分析化學問題的一種重要思想方法，它是利用物質變化過程中某一特定的量固定不變而進行化學計算的一種方法。主要包括元素守恒、電荷守恒、電子得失守恒等。守恒法既可使繁亂的問題化難為易，又可使復雜的計算化繁為簡，故在高考化學計算題的解題中得到廣泛應用。
例1.（2004年全國高考理綜試題•  云南等八省區卷）粉末狀試樣A是由等物質的量的MgO和Fe2O3組成的混合物。進行如下實驗：①取適量A進行鋁熱反應，產物中有單質B生成；②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol·L-1鹽酸中，得溶液C；③將①中得到的單質B和溶液C反應，放出 l.12 L（標況）氣體，同時生成溶液D，還殘留有固體物質B；④用KSCN溶液檢驗時，溶液D不變色。
請填空：
⑴ ①中引發鋁熱反應的實驗操作是____，產物中的單質B是___。
⑵ ②中所發生的各反應的化學方程式是_____________________。
⑶ ③中所發生的各反應的離子方程式是______________________。
⑷ 若溶液D的體積仍視為0.15 L，則該溶液中c（Mg2+）為_____， c（Fe2+）為_____。
解析：
⑴ 引發鋁熱反應的實驗操作：加少量KClO3，插上Mg條并將其點燃（Mg燃燒放出的熱使氧化劑KClO3分解產生氧氣，氧氣燃燒繼續提供較高溫度使反應發生）。試樣A進行鋁熱反應時，反應為：2Al+Fe2O3===2Fe＋Al2O3（因Mg比Al活潑，Al不與 MgO反應），生成單質B為Fe。
   ⑵ MgO和Fe2O3都能與鹽酸反應，化學方程式為：Fe2O3＋6HCl==2FeCl3＋3H2O，MgO＋2HCl==MgCl2＋H2O。
   ⑶ B（Fe）與C溶液反應時，因產生H2且反應后溶液中無Fe3+，則C為FeCl3、MgCl2、HCl的混合液，Fe還原Fe3+并與HCI反應置換出H2，溶液D為FeCl2、MgCl2的混合液，離子方程式為：Fe＋2H+==Fe2+＋H2↑，Fe＋2Fe3+==3Fe2+。
⑷ n(MgO)=n(Fe2O3)=xmol，有40x+160x=20，x=0.1mol，則c(Mg2+) =0.1mol/0.15L=0.67mol·L-1。由實驗②③④知，最終溶液的溶質是FeCl2和MgCl2，據電荷守恒有2×n(Mg2+)+2×
n(Fe2+)=1×n(Cl-)，又n(Mg2+) =0.1mol，n(Cl -)=n(HCl )=6.0 mol·L-1×0.15 L =0.9mol，則n(Fe2+)=（0.9mol－0.2mol）/2=0.35mol，故c(Fe2+)=0.35mol/0.15L= 2.3mol·L-1。
例2.（2004年北京高考理綜試題）有三種不同質量比的氧化銅與炭粉的混合物樣品①、②、③。甲、乙、丙三同學各取一種樣品，加強熱充分反應，測定各樣品中氧化銅的量。
    ⑴ 甲取樣品①強熱，若所得固體為金屬銅，將其置于足量的稀硝酸中微熱，產生1.12L氣體（標準狀況），則樣品①中氧化銅的質量為________g。
    ⑵ 乙取樣品②a g強熱，生成的氣體不能使澄清的石灰水變渾濁。再將反應后的固體與足量的稀硝酸微熱，充分反應后，有b g固體剩余，該剩余固體的化學式為________。樣品②中氧化銅質量為_________g（以含a、b的代數式表示）。
    ⑶ 丙稱量樣品③強熱后剩余的固體，質量比原樣品減小了c g，若該固體為金屬銅，則樣品③中氧化銅物質的量（n）的取值范圍為______________。

解析：CuO與C發生的反應可能有：2CuO+C == 2Cu+CO2↑；CO2+C == 2CO；CuO+C == Cu+CO↑，則反應后的產物有四種情況：①Cu、CO2；②Cu、CO；③Cu、C、CO；④Cu、CuO、CO2。
⑴ 可能是①、②情況，由HNO3+3e-→NO，可知HNO3中氮得電子數為（1.12L/22.4L·mol-1）
×3=0.15mol，HNO3得電子數與Cu失電子數相等，由Cu-2e-→Cu2+，可知Cu的物質的量n(Cu)=0.15mol/2=0.075mol，據Cu元素守恒，m(CuO)=0.075mol×80g·mol-1=6.0g。
⑵ 據題意，產物之一是CO，炭粉有剩余（C與濃HNO3反應而與稀HNO3不反應），屬于③情況。設CuO質量為xg，炭粉質量為(a-x)g。CO中碳元素質量為(a-x-b)g ，氧元素質量為(a-x-b)×16/12g，據氧元素守恒有x×16/80=(a-x-b)×16/12，解得x=20(a-b)/23。
⑶ 據質量守恒知生成氣體質量為c g ，可能是①、②情況：若氣體是CO2，n(CO2)=c/44mol，由氧元素守恒知n(CuO)=2n(CO2)=2c/44mol=c/22mol；若氣體是CO，n(CO)=c/28mol，由氧元素守恒知n(CuO)=n(CO)=c/28mol；若氣體是CO2和CO混合氣，則c/28mol＜n(CuO)＜c/22mol。綜上可知，c/28mol≤n(CuO)≤c/22mol。

守恒法在解高考化學計算題中的應用

發布：化學教研組來源：未知日期：2016-05-02 人氣：