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电子守恒定律在化学计算中的应用

2013-09-23 01:10 氧化一还原反应是中学化学学习的主线，也是高考必考的考点之一。在氧化一还原反应中遵循守恒，即氧化剂得到电子物质的量(或个数)等于还原剂失去电子的物质的量(或个数)。若将电子守恒应用来解化学题，可以大大简化我们的计算过程，收到事半功倍的效果。下面通过几个例题，谈谈电子守恒定律在化学计算中的应用。
一、在“活泼金属与酸或水反应产生氢气”类题中的应用
活泼金属与酸或水反应产生氢气这类题很常见，很多学生认为解这类题比较难，我认为根本原因是没有弄清这类反应的实质：活泼金属失去电子，+1价的氢得到电子，而金属失去电子的物质的量等于生成氢气所需得到电子的物质的量，即n(金属)xAn==n(氢气)x2 (n(金属)：金属的物质的量，An：金属变化的化合价，n(氢气)：氢气的物质的量)
例1 A、B是同一短周期的两种元素，9gA单质跟足量的B的气态氢化物水溶液反应，产生11．2L氢气(标准状况下)，A和B可形成化合物AB，，A原子核里中子数比质子数多1，通过计算确定A、B各为哪种元素。
解析：根据A、B可形成化合物AB，及A单质与足量的B的气态氢化物水溶液反应产生H2，可知A为金属元素且在上述反应中化合价表现为+3，n(H：)一11．2L+22．4L／mol-=0．5mol，n(金属)一9g~Mg·rnol 代入上述公式：9g~Mg·mol x3-~-0．5molx2，得M一27g／mol，所以A为A1元素，可以进一步确定B为C1元素。
二、在金属与硝酸反应类题中的应用
例2 5．12g铜和一定质量的浓硝酸反应，当铜反应完时，共收集到标准状况下的气体3．36L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需要通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液?

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解析：铜失去电子的物质的量==被还原的硝酸得到电子的物质的量=氧化硝酸的还原产物NO、NO：消耗的氧气的物质的量，省去中间计算，即铜失去电子的物质的量=氧气得到电子的物质的量。则有：n(Cu)x2=n(O：)×4，则n(O0=5．12g+64g／molx2x1／4=0．04mol。v(o2)=0．04molx22．4L／mol=0．896L
若用常规解法，应先求出NO、NO：的物质的量，再根据：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，
4NO+30：+2H：O--4HNO，，计算氧气物质的量，并求出其体积，此方法运算量大，计算步骤多且容易出错，用电子守恒法综合考虑，使计算大大简化。
三、在判断氧化产物或还原产物化合价类题中的应用
例3 12mL浓度为0．10mol／L的Na2SO，溶液，恰好与10mL浓度为0．04mol／L的K~Cr207 溶液完全反应，通过计算确定元素在还原产物中的化合价。
解析：-在Na：SO3与K~Cr20，发生的氧化一还原反应中，Na2SO，充当还原剂，lmol Na：SO，失去2mol电子，I~Cr20，充当氧化剂得到电子，两者得失电子的物质的量应相等，即12x10—3Lx0．1Omol／Lx2=lOx10．3Lx0．04mol／Lx2xAn(An为Cr在反应中降低的化合价)，即An=3，所以Cr元素在还原产物中的化合价为：+6 3=+3。
四、在判断不熟悉反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比类题中的应用
例4 (NH )：SO 在强热条件下分解，生成NH 、SO：、N：和H：O，试求反应中生成的SO：和N：的物质的量之比。
解析：常规的解法是先写出(NH4)：SO 在强热条件下的分解反应方程式，然后配平，最后求解。这种解法耗时比较多，其氧化还原反应方程式的配平是学生学习的一个难点，其二此类题也常出现在学配平方法之前，仔细分析不难发现，SO：是还原产物，N2是氧化产物，那么生成SO：得到电子的物质的量应等于生成N2失去电子的物质的量，又生成lmol SO：得到2mol电子，生成lmolN：失去6mol电子，所以SO：与N：的物质的量之比为3．1