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铁及其化合物计算中的“守恒情结”

在错综复杂的化学变化中，抓住反应前后某些量保持不变，即“守恒”作为解题依据,可以简化计算步骤，提高解题速度和准确度。与铁及其化合物有关的众多计算题中，能运用守恒原理巧妙解答的题型特别多，只要解题时运用得当，可事半功倍。其常见题型及守恒关系可归纳如下：

一、质量守恒关系

例1?在2L硫酸铜和硫酸铁的混合溶液中，加入30g铁粉，最后得到2L0.25g-mo1f的硫酸亚铁溶液及26g固体沉淀物。分别求原混合溶液中硫酸铁和硫酸铜的物质的量浓度。

［思路探索］设硫酸铁、硫酸铜的物质的量分别为x和y。根据反应前后铁和铜的质量和相等得：

56g?mo11X2x+64g?mo11Xy+30g

=2LX0.25g?mo1-1X56g?mo1-1+26g ①

再由反应前后硫酸根离子的物质的量守恒得：

3x+y=2LX0.25g*moI-1②

联立①②解得x=0.Imo1,y=0.2mo1o因此硫酸铁、硫酸铜的物质的量浓度分别为0.05mo1-L-1和O.lmo1?

［思维拓展］质量守恒定律表示：参加化学反应的各种物质的质量总和，等于反应后生成物的各物质的质量总和。依据该定律常可得出下列解题时实用的等式：

（1）反应物的质量总和=生成物的质量总和

（2）反应物减少的总质量=产物增加的总质量

（3）反应体系中固体质量的增加（或减少）等于气体质量的减少（或增加）

二、元素守恒关系

例2.把铁、氧化铁、氧化铜的混合物粉末放入110mL4m。1-L7盐酸中，充分反应后产生896mLH2（标准状况），残留固体L28g。过滤，滤液中无Cu?卡。将滤液加水稀释到200mL,测得其中c（H+）为0.4m。1? 试求原混合物的总质量。

［思路探索］因滤液显酸性（即盐酸过剩），所以，残留固体只可能是铜，据题意可得反应物和生成物变化的“纲要信号”图：

由Cu元素守恒可得:

n(CuO)=n(Cu)=1.28g/64g?mo1-1=0.02mo1

由氯元素守恒可得：

2n(FeC12)+n(HC1余)=n(HC1总)=0.44mo1

即2n(FeC12)+0.08mo1=0.44mo1,则n(FeC12)=0.18m0

o

又由氢元素守恒可得：

2n(生成H2O)+2n(H2)+n(HC1余)

=n(HC1总)=0.44m01,解得反应产物中水的物质的量为n(生成H2。)=0.14m01o

由氧元素守恒可得：

3n(Fe2O3)+n(CuO)=n(生成H2O),

解得：n(Fe2O3)=0.04mo1

最后由铁元素守恒可得：

n(Fe)+2n(Fe2O3)=n(FeC12)

解得：n(Fe)=0.Imo1

综上可知，原混合物总质量为：

56g?mo1-1X0.Imo1+160g?mo1-1X0.04mo1+80g?mo1-IX0.02m01

=13.6g

［思维拓展］在化学反应过程中，从某种意义上说可以认为是原子重新组合的过程,因此在反应过程中某种元素的原子，在反应前后必定保持两种守恒关系(均体现出原子个数相等)：(1)原子的质量守恒；(2)原子的物质的量守恒。

三、电荷守恒关系

例3.已知2Fe2++Br2=2Fe3++2Br,当向100mL的FeBr2溶液中通入标准状况下的C123.36L,充分反应后测得形成的溶液中C1一和BI一的物质的量浓度相等,则原FeBL溶液的物质的量浓度为多少？

［思路探索］由题供信息可知：Fe2+的还原性强于Br一的还原性；因此，通入C12后Fe2+应该全部被氧化成了F屋+。据题意知反应后的溶液中只有Fe3+、Cl，B1一,且n(C1)=n(Br-)=2n(C12)=2X3.36L/22.4L?mo1-1=2X0.15m01o据电荷守恒原理，必有：

3n(Fe3+)=n(Cl-)X1+n(Br-)XI

解得：n(Fe)=0.2mo1

又由铁元素守恒知n(Fe2+)=n(Fe+)=0.2m。1。故原FeBr