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      運(yùn)用守恒法,智解硝酸難題

      2017-12-28 11:34:44楊曉娟??
      考試周刊 2017年52期
      關(guān)鍵詞:計(jì)算化學(xué)

      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。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 鐘舜方.巧用化學(xué)守恒法速解中學(xué)計(jì)算題[J].中學(xué)化學(xué),2016(10).

      [2] 楊義宏.守恒法在中學(xué)化學(xué)計(jì)算中的運(yùn)用[J].中學(xué)生數(shù)理化(教與學(xué)),2015(11).endprint

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