化学计算之守恒法

化学竞赛训练三

化学计算之守恒法教案

化学反应的实质是原子间重新组合，依据质量守恒定律在化学反应中存在的一系列守恒现象解题的方法叫做守恒法。

“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。

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 ～ CuSO 4 ～ CuSO 4·5H 2O

64 250

练习：50g 镁、锌、铁的混合物与足量的稀硫酸反应得到混合溶液，蒸发后得到218g 固体(已换算成无水硫酸盐) 。则反应产生氢气的质量是（ ）

A.2g B.3g C.3.5g D.4.5g

例题2 根据化学方程式，3AB + C2B 3 = 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。

2

3X = 3A + 6B

X = A + 2B = AB2

练习：某物质在空气中完全燃烧后，生成二氧化碳气体和水蒸气的质量比是11：9，则此可燃物的化学式可能是 ( )

A ． C 2H 2 B.CH 4 C.CH 3OH D.C 2H 5OH

2. 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：

61 28 33 61 : 28 = 244g : x

244g x 解得 x = 112g

练习：已知Q 与R 的相对分子质量之比为9∶22，在反应X ＋2Y===2Q＋R 中，当1.6 g X与Y 完全反应后，生成4.4 g R，则参与反应的Y 和生成物Q 的质量之比为( )

A ．23∶9 B ．32∶9 C ．46∶9 D ．16∶9

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 + H2SO 4 == MgSO4 + H 2↑

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MgSO 4中的镁，若设MgSO 4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%。

练习：有一块铝、铁合金，溶于足量的盐酸中再用过量的NaOH 溶液处理，将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧，完全变成红色粉末，经称量红色粉末和合金质量恰好相等，则合金中铝的质量分数为( )

A ．60% B ．50% C ．40% D ．30%

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M 2O x ，然后，再依据题意列式求解。

练习：1．Na 2S x 在碱性溶液中可被NaClO 氧化为Na 2SO 4，而NaClO 被还原为NaCl ，若反应中Na 2S x 与NaClO 的物质的量之比为1∶16，则x 的值为( )

A ．2 B ．3 C ．4 D ．5

2．. 某反应可表示为：m M ＋n H ＋O 2===x M 2＋y H 2O ，则x 值为( ) ＋＋

B ．4 C ．6 D ．9

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%。计算:(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。

练习：海水中Na +的质量分数为1.42%，如全部以NaCl 计算，则海水中NaCl 的质量分数 （ ） A 、3.61%

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 B 、39.3% C 、14.2% D 、55.81%

溶质的质量分数保持不变。

例题7 某温度下，在100g 水中加入mgCuSO 4或加入ng CuSO4·5H 2O 均可使溶液恰好达到饱和，则m 与n 的关系符合（ ）

A 、m = 160n/250 B 、m = 1600n/（2500+9n）

C 、m = 1600n/（2500+16n） D 、m = 1600n/（2500+25n）

思考：因为所得溶液均为硫酸铜的饱和溶液，在相同温度下溶质的质量分数相等，所以有：m ÷（100 + m） = （160n ÷250）÷（100 + n）。整理后即得答案是B 。本题关键是ng CuSO 4·5H 2O 溶于水后如何确定溶质、溶剂和溶液的质量。

6. 关系量守恒：关系量守恒是指题目中所化的关系量相等的条件。

例题8 煅烧碳酸钙和碳酸镁的混合物，使其完全分解。若要使煅烧后得到的固体混合物中钙、镁两元素的质量分数相等，则原混合物中碳酸和碳酸镁的质量比是多少？

思考：要使钙、镁元素的质量分数相等，必须使钙、镁元素在混合物中质量相等。 故需 3CaCO 3～5MgCO 3

300 ～ 420 即：5 : 7

7. 变量守恒：变量守恒是指在题目所给的不同的化学反应中，存在的内在联系。

例题9 将一定质量的CaCO 3和Cu 粉置于一敞口容器中，加热煅烧后使其完全反应，反应前后容器内的固体质量不变，则容器内Cu 粉和CaCO 3的质量比是（ ）

A 、11 : 4 B 、20 : 14 C 、16 : 25 D 、44 : 25

高温

思考：在同一容器中煅烧△ CaCO 3和Cu 粉会发生如下两个反应：CaCO 3 ＝CaO + CO2↑，2Cu + O 2＝2CuO 。即碳酸钙经高温煅烧后分解生成二氧化碳而使质量减少；铜粉在受热的条件下，会与空气中的氧气化合而增重，由题意可知碳酸钙分解产生的二氧化碳的质量等于铜与氧气反应生成氧化铜后增加的质量（反应的氧气质量）。

化学竞赛训练三

化学计算之守恒法

一、选择题

1. 有一种含有碳酸钙和生石灰的混合物，测得钙元素的质量分数为50%，取该混合物16g 高温煅烧后，将剩余固体投入足量水中，固体全部溶解生成熟石灰，怎生成的熟石灰的质量为（ ）

A ．3.7g B.7.4g C.14.8g D.22.2g

2. 在CO 和CO2的混合气体中，含氧64%，将该混合气体5g 通过足量的灼热的氧化铜，完全反应后，气体再通入足量的澄清石灰水中，得到白色沉淀质量是（ ）

A.5g B.10g C.15g D.20g

3. 某纯净物4.6g 完全燃烧生成8.8g 二氧化碳和5.4g 水，由此可判断该纯净物中（ ）

A 、只有碳、氢两种元素 B 、含有碳、氢、氧三种元素

C 、只有碳元素 D 、碳、氢、氧原子个数比为2 : 6 : 1

4. 点燃7.4g 氢和氧气的混和气体，爆炸后冷却至室温，还剩0.2g 气体，则混合气体中可能含( )

A 、0.6gH 2 6.8gO 2 B 、0.8gH 2 6.6gO 2

C 、1gH 2 6.4gO 2 D 、0.8gH 2 6.4gO 2

5. 某溶液中仅含K+、Zn2+、NO3-、SO42-四种离子，有四位同学分别推算这四种离子的个数比，结果如下。其中肯定不正确的是（ ）

A.1:2:1:2 B.2:1:2:1 C.3:3:2:2 D.3:2:3:2

6. 有一在空气中放置了一段时间的KOH 固体，经分析测知其含水2.8%、含K2CO3 37.3%。取1g 该样品投入25ml 7.3%的稀盐酸中后，多余的盐酸用5.6%的KOH 溶液30.8ml 恰好完全中和。（盐酸和KOH 溶液的密度均按1g/ml计算）。蒸发中和后的溶液可得到固体（ ）

A.1g B.3.725g C.0.797g D.2.836g

二、计算题

7. 在一氧化碳和二氧化碳混合气体中，氧元素的质量分数为64%，将10g 该气体混合物通入足量的石灰水中可得白色沉淀多少克?

8. 有一块已部分被氧化的锌片，质量为13.91g ，跟153.30g 溶质质量分数为10%稀盐酸恰好完全反应，放出0.4g 氢气，求：（1）反应后所得溶液的溶质质量分数。

（2）被氧化的锌占锌元素的质量分数。

9. 将44.4g 碱式碳酸铜粉末加热一段时间，经测定铜元素的质量占试管内物质质量的

80%。求此时试管中氧化铜的质量是多少？

10. 已知CuO 被C 还原的产物是氧化亚铜（红色）。现有CuO 和C 组成的混合物4.24g, 在高温下充分反应后，得到红色固体产物。反应后产生的气体能全部被过量的澄清石灰水吸收，得沉淀2.00g 。试计算所得红色固体产物的质量。

11. 碳和碳酸钙的混合物在空气中加强热充分反应后，若生成的二氧化碳的质量与原混合物质量相等，求原混合物中碳的质量分数。

12. 将3.6g 高温煅烧一段时间后冷却，测得固体剩余物中钙元素的质量分数为57.6%，求固体剩余物中氧化钙的质量。

13. 分析磁铁矿（主要成分Fe3O4）时，将铁沉淀为Fe （OH ）3，在灼烧得到Fe2O3。若灼烧所得Fe2O3的质量的数值上等于试样中Fe3O4的质量，则试样的质量为多少？

14. 一定质量的甲烷在氧气不足的情况下燃烧，得到一氧化碳、二氧化碳和水的总质量为11.2g ，若其中水的质量为5.4g ，计算一氧化碳的质量。

15. 某同学为了测定有氧化铜和氧化铁组成的混合物中各成分的质量分数，用氢气做还原剂，并用浓硫酸吸收反应生成的水。已知混合物的总质量是24g ，实验前盛有浓硫酸的试管的总质量为130.5g ，试验后变成137.7g （设反应已完全发生，且生成的水全部被浓硫酸吸收）。据此计算：（1）参加反应的氢气的质量是多少？

（2）混合物中氧化铜的质量分数是多少？

16. 现有不纯的金属M （含有不溶于水也不与酸反应的杂质），取该金属样品4.0g ，投入19.45g 质量分数为20%的稀盐酸中，恰好完全反应，测得该金属与盐酸生成的氯化物中含氯50%，则该金属样品中金属M 的质量分数为多少？