柳暗花明话“守恒”

张清行

守恒问题在中学化学计算中占有重要的地位.在处理某些问题时，如果抓住存在的守恒关系，巧妙地选取方法，就能简化解题过程，快速准确地解答题目，达到处理疑难问题时“柳暗花明”的效果.现将守恒法的类型及应用归纳如下．

一、质量守恒法

化学反应遵循质量守恒定律，即参加反应的反应物的总质量等于反应后生成物的总质量，反应前后质量不变.因此在处理化学反应中与总质量有关的问题时可考虑质量守恒法.

例1在臭氧发生器中装入100 ｍＬ Ｏ2，经反应3Ｏ2＝2Ｏ3，最后气体体积变为95 ｍＬ（体积均为标准状况下测定），则反应后混合气体的密度为多少？

解析：根据质量守恒定律，反应前后容器中气体质量不变，等于反应前100 ｍＬ Ｏ2的质量.则反应后混合气体的密度为：

ｄ＝（0．1 Ｌ／22．4 Ｌ·ｍｏｌ－1 ×32ｇ·ｍｏｌ－1）／0．095 Ｌ＝1．5 ｇ·Ｌ－1

二、电子守恒法

氧化还原反应中存在电子守恒规律，即氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数，得失电子守恒.因此在处理氧化还原反应中氧化剂、还原剂得失电子及反应前后化合价等问题时可考虑电子守恒法.

例2如果用0．3 ｍｏｌ／Ｌ的Ｎａ2ＳＯ3溶液16 ｍＬ，刚好将3．2×10－3 ｍｏｌ的强氧化剂［ＲＯ（ＯＨ）2］＋溶液中的溶质还原到较低价态，则反应后Ｒ的最终价态是 （）．

Ａ． 0 Ｂ． ＋1 Ｃ． ＋2 Ｄ． ＋3

解析：在上述反应中，氧化剂为［ＲＯ（ＯＨ）2］＋，还原剂为ＳＯ32－.设反应后Ｒ元素的化合价为ｘ，则Ｒ元素化合价由＋5降为ｘ，Ｓ元素化合价由＋4升为＋6.1 ｍｏｌ Ｒ元素得电子（5－ｘ）ｍｏｌ，1 ｍｏｌ Ｓ元素失电子（6－4）ｍｏｌ＝2 ｍｏｌ.由电子守恒知：

0．3×0．016×2＝3．2×10－3×（5－ｘ）解得ｘ＝＋2 答案：Ｃ

三、电荷守恒法

溶液呈电中性，存在着离子的电荷守恒规律，即溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数.溶液中离子反应的离子方程式也遵循电荷守恒规律，即反应前各离子电荷代数和等于反应后各离子电荷代数和.因此在处理溶液（尤其是混合溶液）中离子的物质的量或物质的量浓度、离子方程式正误判断或计算等问题时可考虑电荷守恒法.

例3在常温下，把氨水滴到盐酸中，当ｃ（ＮＨ4＋）＝ｃ（Ｃｌ－）时，混合溶液的ｐＨ为（）．

Ａ．大于7 Ｂ．小于7 Ｃ．等于7 Ｄ．无法判断

解析：根据电荷守恒，溶液中离子存在如下关系：ｃ（ＮＨ4＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（Ｃｌ－）＋ｃ（ＯＨ－）

因为ｃ（ＮＨ4＋）＝ｃ（Ｃｌ－），所以ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＯＨ－）． ｐＨ＝7．答案：Ｃ

四、元素守恒法

化学反应的本质是原子的重新组合，存在着元素（原子）守恒规律，即反应前后元素及原子种类、数目相等.在一些复杂多步的化学过程中，虽然发生的化学反应多，但某些元素的物质的量、浓度等始终没有发生变化，整个过程中元素守恒.因此在处理多步复杂的化学过程的问题时可考虑元素守恒法.

例4某不纯的烧碱样品含Ｎａ2ＣＯ3 3．80％（质量分数），Ｈ2Ｏ 5．8％，ＮａＯＨ 90．4％，取ａ ｇ样品溶于40．0 ｍＬ 2．00 ｍｏｌ／Ｌ－1的盐酸中，并用2．00 ｍｏｌ·Ｌ－1的ＮａＯＨ溶液中和剩余的酸，在蒸发后可得干燥的固体的质量为（）．

Ａ．4．68 ｇＢ．5．58 ｇ Ｃ．2．34 ｇＤ．2．34ａ ｇ

解析：蒸干所得固体是ＮａＣｌ，根据氯元素守恒：ｎ（ＮａＣｌ）＝ｎ（ＨＣｌ），ｍ（ＮａＣｌ）＝2．00 ｍｏｌ·Ｌ－1×40．0×10－3 Ｌ×58．5 ｇ·ｍｏｌ－1＝4．68 ｇ．答案：Ａ

五、物料守恒法

溶液中某物质，不管在溶液中发生了什么变化，都存在物料守恒规律，即溶液中各组分各种存在方式的比符合物质的组成比；某一组分的原始量等于它在溶液中各种存在形式的量之和；溶液中水的电离无论受到促进或抑制，水电离的Ｈ＋和ＯＨ－永远相等.因此在处理溶液（尤其是混合溶液）中离子的物质的量或物质的量浓度等量关系等问题时可考虑物料守恒法.

例50．1 ｍｏｌ／Ｌ的ＫＯＨ溶液0．1 Ｌ，通入标准状况下224 ｍＬ Ｈ2Ｓ气体，所得溶液离子浓度大小关系正确的是 （）．

Ａ．ｃ（Ｋ＋）＞ｃ（ＨＳ－）＞ｃ（ＯＨ－）＞ｃ（Ｈ2Ｓ）＞ｃ（Ｓ2－）＞ｃ（Ｈ＋）

Ｂ．ｃ（Ｋ＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）

Ｃ．ｃ（Ｋ＋）＝ｃ（Ｈ2Ｓ）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）

Ｄ．ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）＝ｃ（Ｈ＋）＋ｃ（Ｈ2Ｓ）

解析：溶液中微粒浓度（或数目）要遵循两条原则：一是电荷守恒，二是物料守恒.上述溶液实际上是含0．01 ｍｏｌ ＫＨＳ的溶液.根据上面的规律：

电荷守恒：溶液中阳离子有Ｋ＋、Ｈ＋，阴离子有ＨＳ－、Ｓ2－、ＯＨ－.

ｃ（Ｋ＋）＋ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（ＨＳ－）＋2ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－） ①

物料守恒：ＨＳ－由于水解和电离，其存在形式为ＨＳ－、Ｓ2－、Ｈ2Ｓ.

ｃ（Ｓ）＝ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｈ2Ｓ）

钾元素物质的量等于硫元素物质的量ｃ（Ｋ＋）＝ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＨＳ－）＋ｃ（Ｈ2Ｓ） ②

②代入①中，得ｃ（Ｓ2－）＋ｃ（ＯＨ－）＝ｃ（Ｈ＋）＋ｃ（Ｈ2Ｓ） ③

另在溶液中，Ｈ＋、ＯＨ－都由Ｈ2Ｏ电离而来，故Ｈ＋、ＯＨ－两者的总量应相等，而Ｈ＋由于ＨＳ－水解的原因存在形式为Ｈ＋、Ｈ2Ｓ，ＯＨ－由于ＨＳ－电离的原因存在形式为ＯＨ－、Ｓ2－.同样可得到③.答案：Ｄ

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