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专题30 守恒法
“守恒”使化学充满丰富的内涵。守恒法是化学中常用的解题方法和技巧,它的运用可涉及到计算、推理等具体问题。初中化学中常用的“守恒”包括元素守恒、质量守恒、化合价守恒、溶质守恒、溶质质量分数守恒、关系量守恒和变量守恒等。运用这种方法,只须找到不变量。有些看起来很复杂的问题,就会迎刃而解了。
一、解题方法指导
1、元素守恒:包括元素种类守恒,元素的原子个数守恒。
例题1 在空气中加热4.8g铜粉,使其全部变为氧化铜,然后加入足量的稀硫酸中,待反应完毕后,再加热蒸发溶剂,可制得硫酸铜晶体的质量是( )
A、9.38g B、18.75g C、12g D、24g
思考:铜元素在本题涉及的一系列变化中保持守恒。且有下列关系:
Cu ~ CuO ~ CuSO4 ~ CuSO4·5H2O
64 250
例题2 根据化学方程式,3AB + C2B3 = 2C + 3X,确定X的化学式为 。
思考:化学反应前后各元素的原子种类和数目不变,进行逆向推断。
3X + 2C = 3AB+ C2B = 3A + 6B + 2C
3X = 3A + 6B
X = A + 2B = AB2
质量守恒:
质量守恒是指参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后各生成物的质量总和。
例题3 在反应A、+ 3B、== 2C、+ 3D中,已知生成物C和D的质量比为28 : 33,若A和B的混合物244g经充分反应后,恰好完全反应,则生成C的质量为 。
思考:根据反应前后物质的总质量守恒可得如下关系:
A、+ 3B、== 2C、+ 3D、
61 28 33 61 : 28 = 244g : x
244g x 解得 x = 112g
例题4 有表面被氧化的镁条3.2g,跟54.6g稀硫酸作用恰好完全反应,生成氢气0.2g,计算:(1)该镁条中镁元素的质量分数;(2)完全反应后,生成物溶液中溶质的质量分数。
思考:镁元素的质量仅是指镁单质的质量吗?被氧化的镁计算在内吗?生成物溶液中溶质是什么?它仅是镁跟稀硫酸作用得来的吗?元素的质量在这一过程中守恒吗?
解:(1)设单质镁的质量为x,那么MgO的质量为(3.2g-x)
Mg + H2SO4 == MgSO4 + H2↑
24 120 2
x y 0.2g
24 : 2 = x : 0.2g 解得 x = 2.4g
MgO的质量:32g- x = 3.2g - 2.4g = 0.8g
MgO中镁元素的质量:0.8g×Mg/MgO×100% = 0.8g×24/80×100% = 0.48g
所以镁元素的总质量为:0.48g+ 2.4g = 2.88g
镁元素的质量分数为:2.88g÷3.2g×100% = 90%
(2)因为镁元素的质量守恒,它完全转变为MgSO4中的镁,若设MgSO4的质量为y,则: y×Mg/MgSO4×100% = 2.88g 即: y×24/120×100% = 2.88g 解得y=14.4g
溶液中溶质的质量分数为:14.4g÷ (3.2g+ 54.6g- 0.2g)×100% = 25%
答:该镁条中镁元素的质量分数为90%。生成物溶液中溶质的质量分数为25%。
3、化合价守恒:化合价守恒是指在化合物中各元素正负化合价总数相等。
例题5 某元素M的氧化物中氧的质量分数为44%,已知该元素相对原子质量为51,则该氧化物的化学式为 。
思考:首先设M元素的化合价为+x,根据化合价规则可写出其氧化物的化学式为M2Ox,然后,再依据题意列式求解。
4、溶质守恒:所谓溶质守恒是指溶液在稀释(或浓缩)前后溶液中溶质的质量不变。
例题6 现有溶质质量分数为8%的食盐水40g,要使溶液中氯化钠的质量分数达到20%。(1)需要加入食盐多少克?(2)若蒸发水分,需蒸发多少克水?
思考:这两种方法都能使溶质的质量分数由8%变为20%,这两个过程各溶质的质量均保持不变,因此是溶质守恒。
5、溶质质量分数守恒:溶质质量分数守恒是指在一定条件下,某固体物质的饱和溶液中溶质的质量分数保持不变。
例题7 某温度下,在100g水中加入mgCuSO4或加入ng CuSO4·5H2O均可使溶液恰好达到饱和,
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