守恒法是我们解答化学试题时经常用到的一种方法,通过守恒法可以便捷高效地解决化学试题,提高解题效率。本文旨在对高中化学解题过程中守恒法的具体应用加以探讨,希望能给同学们提供一些参考。

一、电子守恒

电子守恒是指在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。

例1把50mL0.1mol·L-1的羟胺(NH2OH)酸性溶液和足量的Fe2(SO4)3溶液在煮沸条件下进行反应,最终生成的Fe2+恰好能被50mL 0.04mol·L-1的酸性高锰酸钾溶液氧化。则羟氨的氧化产物为()。

A.NO2B.N2O C.NO D.N2

分析：从整体角度来看,羟氨失去的电子全部被高锰酸钾获得。假设羟胺的氧化产物中N元素的化合价为x,通过电子守恒原理可以得到0.05L×0.1mol·L-1×[x-(-1)]=0.05L×0.04mol·L-1×(7-2),解得x=1。所以答案为B。

二、电荷守恒

因为溶液呈电中性,所以阴离子所带的负电荷总量与阳离子所带的正电荷总量是相等的。运用电荷守恒原理进行解题时,只需知道反应物及生成物,可以不用纠缠于反应进行的具体过程,这样不但能简化解题过程,还可以提高解题效率。

例2通过对某地酸雨中的SO2-4、NH+4、Cl-、Na+进行测定,得出这些离子的浓度分别是2.5×10-6、2.3×10-5、3.5×10-5、7.0×10-6mol·L-1,则这场酸雨的pH值是()。

A.3 B.4 C.5 D.6

分析：因为酸液呈电中性,所以酸雨中阳离子所带电荷总量和阴离子所带电荷总量是相等的,结合题意可以得出酸雨中H+的浓度是1.0×10-5mol·L-1,进而得知该酸雨的pH值为5。所以答案为C。

三、质量守恒

化学反应是原子互相组合的一个过程,不管反应之前及反应之后的物质处于何种状态,反应前后物质的总质量是相等的,这就是质量守恒定律。

例3现有一定量的氢氧化钾固体,该固体中含水2.8%、碳酸钾7.2%。称取该氢氧化钾1 g,将其投放至50mL3mol·L-1的盐酸中,中和多余的盐酸又用去30.8mL1.07mol·L-1的氢氧化钾溶液。将中和后得到的溶液加热蒸干,求最终得到的固体的质量。

分析：通过对题设条件加以细致分析,可知最终得到的物质是氯化钾,其中的Cl元素全都来自于盐酸。所以根据Cl元素守恒可知,n(KCl)=n(HCl)=0.05L×3mol·L-1=0.15mol。所以m(KCl)=74.5 g·mol-1×0.15mol=11.175 g。

四、原子守恒

原子是化学变化中最小的微粒。所谓原子守恒,指的是反应前后某个原子的个数及物质的量是不变的。所以,在解答某些试题时,我们就可以忽略物质发生的相关反应,只需对物质的始末状态加以考虑即可,进而快速构建关系式,以达到快速解答问题的目的。

例4现有19.7g由Fe、FeO、Al及Al2O3组成的混合物,将其和540mL 2.00mol·L-1的稀硫酸进行充分反应,最后收集到标准状况下的气体8.96L。已知该混合物中,Fe、FeO、Al及Al2O3的质量分数分别是28.4%、18.3%、27.4%及25.9%。欲使溶液中的阳离子全部通过氢氧化物这种形式进行沉淀,则至少需要添加2.70mol·L-1的氢氧化钠溶液多少毫升?

分析：该混合物和稀硫酸反应后,转化成的金属离子和氢氧化钠溶液发生反应生成沉淀,最后剩余的溶液为硫酸钠,而Na原子、SO2-4原子团都遵守原子守恒定律,按照两者的比例关系就可对问题加以轻松解决。设所需氢氧化钠溶液的体积是x,根据题意可得2.00mol·L-1×0.54L×2=2.70mol·L-1×x,解得x=8L=800mL。