一、電子守恒與終態(tài)法結合
例1.向100 mL水中投入K和Al共15 g，充分反應后，剩余金屬為1.8 g
�。�1）計算放出H2多少升（標準狀況下）
分析：剩余金屬1.8 g只可能是Al（因鉀要與水反應），鉀與水反應生成 KOH 和H2，KOH 再與 Al 反應（因金屬 Al 有剩余，所以生成的KOH完全反應），
2K+2H2O=2KOH+H2↑①
2KOH+ 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2 ↑ ②
�、�+②得：2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2 ↑
有關系式 金屬質量 ～～～ 氫氣體積（標準狀況下）
66 g 44.8 L
15-1.8 V(H2)=8.96 L
(2)過濾出未反應的金屬，向濾液中逐滴加入4 mol/L 的 H2SO4 溶液，生成沉淀的最大值是多少，此時消耗 H2SO4 溶液的體積是多少？
解析：據(jù)Al守恒有關系式:Al～～～Al(OH)3可計算生成沉淀的質量。 要使生成的沉淀最多，Al3+全部生成Al(OH)3沉淀,溶液中溶質只含K2SO4溶質，據(jù)K+與SO42-守恒有關系式：
2 K ～～～ H2SO4
2 mol 1 mol
0.2 mol 4×V（H2SO4）
V（H2SO4）=25 mL
�。�3）生成沉淀后，再加入 H2SO4 溶液，使沉淀剛好完全溶解，此時消耗 H2SO4 溶液的體積是多少？
解析：沉淀剛好完全溶解時，溶液中只有 K2SO4 和 Al2(SO4)3。
由電荷守恒有：2n(SO42-)=3n(Al3+)+n(K+)
所以有n(H2SO4 )=3/ n(Al)+1/2n(K)答案為 100 mL
例2.將5.1 g鎂和鋁投入500 mL,2 mol/L 的鹽酸中，生成氫氣0.5 g，金屬完全溶解。再加入 4 mol/L 的 NaOH 溶液。
(1)若要使生成的沉淀最多，則應加入NaOH溶液的體積是（ ）。
A . 20 0mL B . 250 mL C. 425 mL D. 560 mL
分析：要使生成的沉淀最多，Mg2+和Al3+全部生成 Mg(OH)2 和 Al(OH)3 沉淀,溶液中溶質只含 NaCl，據(jù) Na+ 與 Cl- 守恒有：
500×2=4×V（NaOH）
所以V（NaOH）=250 mL
(2)生成沉淀的質量最多是（ ）。
A. 22.1 g B. 8.5 g C. 10.2 g D. 13.6 g
分析：從始態(tài)（金屬鎂和鋁）到終態(tài)（Mg(OH)2 和 Al(OH)3）沉淀,固體增加的質量為 OH-的質量，只要計算出 OH- 的物質的量即可，而OH- 的物質的量等于反應中轉移的電子的物質的量，因反應中生成氫氣0.5 g，所以轉移的電子的物質的量為氫氣物質的量的2倍，即0.5 mol e質量，答案為D。
二、電荷守恒
例1．某些化學試劑可用于凈水。水處理中使用一種無機高分子，化學式為[Al2(OH)n Clm?yHO]x,式中m等于( )
A．3-n B.6-n C.6+n D.3+n
解析：由電荷守恒有：3n(Al3+)=n（OH-）+m（Cl-）
即3×2=n+m m =6-n
例2.非整數(shù)比化合物Fe0. 95O具有 NaCl 晶體結構，由于n(Fe):n(O)<1,
所以晶體結構存在缺陷，在Fe0. 95O中，+3價的Fe占總鐵量的（ ）。
A.10.0% B. 85.0% C. 10.5% D. 89.50%
解析：設+3價鐵為x mol,依電荷守恒有：3n(Fe3+) + 2n(Fe2+) = 2n(O2-)
即：3x + 2（0.95-x）= 2×1 x=0.1
+3價的Fe占總鐵量的0.1/0.95×100% = 10.5%
例3.將 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 三種溶液混合，加H2SO4酸化。測得c(SO42-)=0.105 mol/L,
c(Al3+)=0.055 mol,pH=2.0(假設 H2SO4 完全電離為 H+ 和SO42-),則c（K+）為( )。
A. 0.045 mol/L B. 0.035 mol/L C. 0.055 mol/L D. 0.040 mol/L
解析：因pH=2.0 所以c（H+）= 0.01 mol/L,c（OH-）很小，忽略不計。根據(jù)電荷守恒有：c(K+）+ 3c(Al3+)+c（H+）= 2c(SO42-) 解之：c(K+）=0.035 mol/L
例4.現(xiàn)有 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 的混合溶液，其中n(SO42-)=2 mol,向混合溶液逐滴加入KOH，使生成的沉淀剛好完全溶解時，消耗2 mol KOH 溶液，求原溶液中的 K+ 的物質的量？
解析：生成的沉淀剛好完全溶解時，消耗2 mol KOH 溶液，由反應
Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O n(Al3+)=n(OH-)/4=0.5 mol
設原溶液中的K+的物質的量為n(K+原），由電荷守恒，對原溶液有
n(K+原）+ 3n(Al3+) = 2n(SO42-)①
加入2 mol KOH溶液后，由電荷守恒有：
n(K+原）+ n(K+加入）= n(AlO2-) + 2n(SO42-)②
由Al元素守恒有：n(Al3+) = n(AlO2-) ③
聯(lián)立①②③解得：n(K+原）=2.5 mol
三、綜合應用
例7：常溫下由HCl、MgCl2 、AlCl3組成的混合溶液1.0 L,其物質的量濃度分別為0.1 mol/L、
0.1 mol/L、1.2 mol/L。
(1)已知溶液中的c（Mg2+）與溶液pH的關系為：lg c（Mg2+）=17-2pH
向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9 能否析出Mg(OH) 2沉淀?
解析：將pH=9帶入lg c（Mg2+）=17-2pH 計算出c（Mg2+）=0.1 mol/L
所以不能析出Mg(OH)2沉淀。
（2）向混合溶液中加入NaOH容液，溶液中AlO2- 隨pH 變化如下表：
pH值 8 9 10 11
AlO2-
濃度 10-3 10-2 10-1 1
試寫出堿性條件下AlO2- 與PH的關系式：
解析：常溫下pH=8時，c（H+）=10-8 mol/L c（OH-）=10-6 mol/L
c(AlO2-)=10-3 mol/L
pH=9時，c（H+）=10-9 mol/L c（OH-）=10-5 mol/L c(AlO2-)=10-2 mol/L
pH=10時，c（H+）=10-10 mol/L cOH-）=10-4 mol/L c(AlO2-)=10-1 mol/L
pH=11時，c（H+）=10-11 mol/L c（OH-）=10-3 mol/L c(AlO2-)=100 =1 mol/L
不難發(fā)現(xiàn) c（OH-）=10-3 C(AlO2-) ①
因為c（OH-）=Kw/ C（H+）=10-14/ c（H+） ②
由pH= -lg c（H+）有c（H+）=10-pH ③
聯(lián)立①②③有：c(AlO2-) = 10pH-11（提示：關系式是否正確，可帶入檢驗）
�。�3）向混合溶液中加入NaOH容液，使溶液的pH=11，需要加入NaOH g（忽略溶液的體積變化）
解析：(方法一) 中和鹽酸消耗NaOH的物質的量為0.1 mol,
因pH=11，沉淀Mg2+消耗NaOH的物質的量為0.2 mol,
pH=11時，c(AlO2-) = 1 mol/L, n(AlO2-)=1 mol 因為溶液呈堿性，所以Al3+不能大量共存，由Al元素質量守恒有：nAl(OH)3=n(Al)- n(AlO2-),nAl(OH)3 =0.2 mol 1 mol Al3+轉化為 AlO2- 需要4 mol OH-,0.2 mol Al3+ 轉化為 Al(OH)3 需要0.6 mol OH- ，所以需要加入NaOH的物質的量為:
n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol m(NaOH)=196 g
�。ǚ椒ǘ﹑H=11時，溶液中溶質為 NaCl 和 NaAlO2 溶液，由質量和電荷守恒有：
n(Na+) = n(AlO2-) + n(Cl-) 而n(Cl-) = 0.1+0.1×2+1.2×3=3.9 mol
n(AlO2-) = 1 mol 所以 n(NaOH)= n(Na+)=4.9 mol m(NaOH)=196 g
從這里讀者不難發(fā)現(xiàn)用守恒法的好處！
實戰(zhàn)演戲:
1.向一定量的Fe、FeO 和 Fe2O3 的混合物投入100 mL 濃度為1 mol/L 的鹽酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL（標準狀況）的氣體，所得溶液中，加入KSCN溶液無血紅色出現(xiàn)，若用過量的CO在高溫下還原相同質量的混合物，能得鐵的質量為（ ）。
A. 11.2 g B. 5.6 g C.2.8 g D. 無法計算
2.向一定量的Fe、Fe2O3和CuO混合物投入100 mL 濃度 2.2 mol/L 的硫酸溶液中，充分反應后生成896 mL 標準狀況下的氣體，得不溶物1.28 g,過濾后，溶液中陽離子只有Fe2+。向濾液中加入2 mol/L 的NaOH溶液，加至40 mL 時開始出現(xiàn)沉淀，則濾液中FeSO4 的物質的量濃度為（設濾液體積為100 mL( )。
A . 2 mol/L B. 1.8 mol/L C. 1.9 mol/L D. 無法計算
3.將4.6 g Cu 和 Mg 完全溶于濃硝酸溶液中，反應中硝酸的還愿產(chǎn)物為 4480 mL NO2 氣體和 336 mL N2O4 氣體(標準狀況下),反應后的溶液中,加入過量NaOH溶液,生成沉淀的質量為 ( )。
A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g
4.將10.2 g 的鎂和鋁投入 1000 mL 濃度為2 mol/L 的鹽酸中，金屬完全溶解;再加入4 mol/L 的NaOH溶液，若要使生成的沉淀最多，則應加入NaOH溶液的體積是（ ）。
A.100 mL B.700 mL C.600 ml D.500 mL
5.一定量的 Fe 和 Fe2O3 的混合物投入250 mL 濃度為2 mol/L 的硝酸溶液，反應完全后，生成1.12 L NO氣體(標準狀況下)，再加入1 mol/L 的 NaOH 溶液，要使鐵元素完全沉淀下來，所加 NaOH 溶液的體積最少為（ ）。
A. 450 mL B. 500 mL C. 400 mL D. 不能確定
參考答案：
1.提示：反應后的溶液溶質只有FeCl2，所以n(Fe)= n(Fe2+)=1/2(Cl-) 選C
2.加至40 mL 時開始出現(xiàn)沉淀時，溶液中溶質只有 FeSO4 和 Na2SO4 時,依據(jù)S元素守恒有 n(FeSO4) = n(H2SO4)-n(NaSO4)
選 B
3.提示：從始態(tài)（金屬鎂和銅）到終態(tài)（Mg(OH)2 和 Cu(OH)2）沉淀,固體增加的質量為 OH- 的質量，只要計算出 OH- 的物質的量即可，而 OH- 的物質的量等于反應中轉移的電子的物質的量.轉移的電子的物質的量等于氮元素得電子的物質的量,選 B
4.提示：Mg2+ 和Al3+ 全部沉淀,，溶液中只含 NaCl 溶質，選D
5.提示：鐵元素完全沉淀下來，溶液中溶質為 NaNO3，依據(jù)氮元素守恒計算，選A
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