運(yùn)用守恒法，智解硝酸難題

楊曉娟??

摘要：金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算題型變化多樣，解題方法靈活，是高考的必考考點(diǎn)。將守恒法靈活的運(yùn)用于化學(xué)計(jì)算題中，可以避免繁瑣的計(jì)算過程，達(dá)到事半功倍的效果。為了讓學(xué)生對(duì)守恒思想做到更好的掌握與運(yùn)用，教師可以結(jié)合原子守恒法、電子守恒法、電荷守恒法在硝酸反應(yīng)計(jì)算題中的應(yīng)用進(jìn)行講解。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；守恒法；計(jì)算

守恒法是指在化學(xué)反應(yīng)過程中，利用反應(yīng)物的量等于生成物的量這一規(guī)律來解題的一種方法。運(yùn)用守恒思想解題，可以提高做題的效率，達(dá)到快速準(zhǔn)確解題的目的。為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)熟練的建立等量關(guān)系，達(dá)到速算效果，教師通過運(yùn)用守恒法，用案例作為輔助，探究守恒思想在解高中化學(xué)硝酸難題中的應(yīng)用。

一、 原子守恒法

原子守恒法解題的依據(jù)是在一個(gè)反應(yīng)體系中，反應(yīng)無論進(jìn)行的多么復(fù)雜，同一原子的個(gè)數(shù)不會(huì)發(fā)生變化。抓住原子守恒關(guān)系，在化學(xué)計(jì)算中靈活的應(yīng)用，可以避免繁瑣的計(jì)算過程，快速求解。

例1在一定量的濃HNO3中加入1.92 g銅粉，反應(yīng)一段時(shí)間使銅粉逐漸溶解，得到顏色逐漸變淺的氣體，待銅粉全部作用后，收集得到混合氣體1.12 L（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得），求反應(yīng)過程中共消耗了多少摩爾的HNO3？

分析：根據(jù)題意，問題是求反應(yīng)中HNO3的消耗量。HNO3在與金屬反應(yīng)過程中，一部分HNO3被還原生成混合氣體，另一部分HNO3未被還原而生成硝酸鹽，根據(jù)原子守恒定律，這兩部分中總N原子的摩爾量與反應(yīng)中消耗的HNO3中的N原子的摩爾量相同。

解：被還原的HNO3的摩爾量為：n（HNO3）=1.12 L22.4 L·mol-1=0.05 mol，生成的Cu（NO3）2的摩爾量為：n（Cu）=1.92g64 g·mol-1=0.03 mol，即n[Cu（NO3）2]=0.03 mol，

消耗的HNO3的摩爾量為：n（HNO3）=0.05 mol+0.03 mol×2=0.11 mol。

評(píng)注：解答本題的關(guān)鍵是認(rèn)真審題，能夠正確分析出被還原的HNO3的摩爾量與生成的混合氣體的摩爾量相等，未被還原的HNO3的摩爾量與生成的Cu（NO3）2的摩爾量相等，利用原子守恒法，通過N原子守恒，得到正確答案。

二、 電荷守恒法

電荷守恒法的解題依據(jù)是電解質(zhì)溶液顯電中性，溶液中正電荷總數(shù)與負(fù)電荷總數(shù)相等。一般解題過程為，準(zhǔn)確分析出電解質(zhì)溶液中的陽離子與陰離子及其所帶的電荷數(shù)，根據(jù)電荷守恒定律，列出關(guān)系式，快速得到正確答案。

例2將6.4 g Cu加入50 ml未知濃度的硝酸溶液中，反應(yīng)中Cu全部發(fā)生作用，假設(shè)反應(yīng)生成的混合氣體為NO和NO2，用蒸餾水稀釋反應(yīng)后的溶液，當(dāng)稀釋至100 ml時(shí)，硝酸根的濃度為3mol·L-1，求溶液被稀釋后的pH值為多少？

分析：本題通過常規(guī)解題法解題比較麻煩，可以使用電荷守恒法。以反應(yīng)結(jié)果為主，過量的HNO3與金屬發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)后的溶液中僅存在極少量的OH-，可以忽略，反應(yīng)后的溶液為Cu（NO3）2與HNO3的混合溶液。

解：溶液中的電荷守恒關(guān)系式為：c（NO-3）+c（OH-）=2c（Cu2+）+c（H+），c（Cu2+）=0.1 mol·L-10.1 L=1 mol·L-1，c（NO-13）=3 mol·L-1，忽略O(shè)H-的濃度，c（H+）=1 mol·L-1，pH=-lgc（H+）=0。

評(píng)注：本題是用電荷守恒法求溶液pH值的典型例題，通過分析題目確定反應(yīng)后的電解質(zhì)溶液，確定溶液中存在的陰離子與陽離子及其所帶的電荷數(shù)，通過電荷守恒法，進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算求得溶液的pH值。

三、 電子守恒法

電子守恒法的依據(jù)是在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑被還原得到的電子數(shù)等于還原劑被氧化失去的電子數(shù)。在氧化還原反應(yīng)中，應(yīng)用電子守恒法可以準(zhǔn)確快速的求出氧化劑與還原劑的量及其元素的價(jià)態(tài)等物理量。

例3將4.6 g鎂與銅的合金加入濃硝酸中，使其完全溶解，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得有4480 ml NO2和336 ml N2O4生成，假設(shè)將過量的NaOH溶液加入反應(yīng)后的溶液體系中，求有多少克的沉淀生成？

分析：學(xué)生在解題前要知道問題中的沉淀物質(zhì)指的是Mg（OH）2和Cu（OH）2的混合物，可以理解成金屬合金的質(zhì)量與生成沉淀的OH-的質(zhì)量之和，即為沉淀物的質(zhì)量。題目中金屬合金的質(zhì)量是已知的，可以通過電子守恒法間接求出OH-的質(zhì)量。

解：在反應(yīng)過程中，Cu與Mg被氧化生成Cu2+與Mg2+，通過電子守恒得：2×n（Cu+Mg）=n（NO2）×1+n（N2O4）×2，解得：n（Cu+Mg）=0.115mol，合金結(jié)合的OH-的摩爾量n（OH-）=2×0.115 mol=0.23 mol。

因此，m（沉淀）=m（合金）+m（OH-）=4.6 g+0.23 mol×17 g/mol=8.51 g。

評(píng)注：本題是利用電子守恒法解題的典型例題。學(xué)生在解這類計(jì)算題時(shí)，要認(rèn)真仔細(xì)分析題目，準(zhǔn)確理解各物質(zhì)間的關(guān)系，學(xué)會(huì)用逆向思維分析問題，靈活的運(yùn)用電子守恒法解題，提高做題效率。

綜上所述，守恒法是用宏觀的統(tǒng)攬全局的方式列式，抓住題中的特有守恒關(guān)系，高效快速的解答題目。教師要在教學(xué)中不斷探求新的教學(xué)方法，指導(dǎo)學(xué)生分析得出解題思路，順利解題。學(xué)生在日后的學(xué)習(xí)過程中應(yīng)對(duì)這方面的例題多加練習(xí)，做到熟練應(yīng)用。

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