[科普中國]-終態(tài)法

終態(tài)法是指不細(xì)究化學(xué)反應(yīng)的具體過程，僅注重起始反應(yīng)物最終成為何種物質(zhì)，從而建立起始物質(zhì)與終態(tài)物質(zhì)間的關(guān)系，運(yùn)用電荷守恒、元素守恒、電子守恒進(jìn)行巧解的一種方法。

方法概述終態(tài)分析法是利用逆向思維方式，以與待求量相關(guān)的物質(zhì)（離子、分子或原子）在變化終態(tài)的存在形式為解題的切入點(diǎn)，找出已知量與待求量之間的關(guān)系，不考慮中間變化過程的一種快捷有效的解題方法。在一些多步反應(yīng)或多種混合物的計(jì)算中，由于涉及到反應(yīng)繁多、數(shù)據(jù)不一或變化過程復(fù)雜，解題時(shí)如果逐一去分析這些反應(yīng)或過程，按步就班的進(jìn)行計(jì)算，往往會(huì)糾纏不清，導(dǎo)致思維混亂，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且極易出錯(cuò)，甚至無法解答。但如果我們淡化中間過程，關(guān)注最終組成，利用守恒關(guān)系進(jìn)行整體分析，就會(huì)簡化思維，從而快速求解1。

分析反應(yīng)產(chǎn)物，利用元素守恒求解實(shí)例1向一定量Fe、Fe2O3的混合物中加入250mL2mol·L的HNO3溶液，反應(yīng)完成后生成1.12LNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況），再向反應(yīng)后溶液中加入1mol·LNaOH溶液，要使鐵元素完全沉淀下來，所加入NaOH溶液的體積最少是（ ）

A、450mL B、500mL C、400ml D、不能確定

分析：此題涉及多個(gè)反應(yīng)，若全部寫出化學(xué)方程式來計(jì)算顯得十分繁瑣，要使鐵元素完全沉淀，但不能確定鐵元素最終以Fe(OH)2或Fe(OH)3出現(xiàn)，HNO3是否過量也不能確定，因而順向求解比較困難。若忽略中間反應(yīng)過程，運(yùn)用終態(tài)尋求守恒關(guān)系，即可迅速求解。

解答：要使鐵元素恰好完全沉淀，最后溶液必為NaNO3溶液，由原子守恒有n(NaOH)=n(NO3)=n(HNO3)－n(NO)，即0.25L×2mol·L－(1.12L/22.4L·mol-1) =V(NaOH)×1mol·L，所以V(NaOH)=0.45L=450mL。答案為A。

實(shí)例2有一在空氣中暴露過的KOH固體，經(jīng)分析知其含水2.8%，含K2CO337.3%，其余為KOH?，F(xiàn)取1g樣品加入到25mL2mol·L的鹽酸中，多余鹽酸用1.0mol·LKOH溶液33.9mL恰好完全中和，蒸發(fā)中和后溶液可得到固體（ ）

A、1g B、 3.725g C、 0.797g D、2.836g

分析：將樣品加入到鹽酸中發(fā)生反應(yīng)①K2CO3+2HCl=2KCl+CO2↑+H2O、②KOH+HCl=KCl+H2O，反應(yīng)后鹽酸剩余，加入KOH又發(fā)生反應(yīng)②。該題雖涉及反應(yīng)不多，但數(shù)據(jù)較多，用常規(guī)方法很難解答。運(yùn)用終態(tài)法分析：

思路1：始態(tài)K2CO3、KOH，終態(tài)KCl，利用K守恒求解；

思路2：始態(tài)HCl，終態(tài)KCl，利用Cl守恒求解。

在思路1中要注意K有2個(gè)來源：一是樣品中，二是后來加入的KOH (容易忽略)，這種方法涉及到多步計(jì)算，既有物質(zhì)的量的運(yùn)算又有質(zhì)量的運(yùn)算，比較繁且易出錯(cuò)。因此采用思路2中的Cl守恒一步到位，比較簡單。

解答：據(jù)題意反應(yīng)結(jié)束后溶質(zhì)只有KCl可知：

n(KCl)=n(Cl)=n(HCl)=0.025L×2mol·L=0.05mol

m(KCl)=0.05mol×74.5g·mol=3.725g。答案為B。

實(shí)例3把a(bǔ) g鐵鋁合金粉末溶于足量鹽酸中，加入過量NaOH溶液。過濾出沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、灼燒得到紅棕色粉末的質(zhì)量仍為a g，則原合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（ ）

A．70% B．52.4% C．47.6% D．30%

分析：把鐵鋁合金粉末溶于足量鹽酸中，生成了Al和Fe，再加入過量NaOH溶液，Al轉(zhuǎn)化為AlO2留在溶液中；Fe生成Fe(OH)2沉淀。過濾后對沉淀進(jìn)行灼燒得到紅棕色粉末為被氧化和分解生成的Fe2O3。在此過程中涉及反應(yīng)多且無具體數(shù)據(jù)，按常規(guī)方法計(jì)算容易出錯(cuò)。

解答：根據(jù)始態(tài)合金與終態(tài)Fe2O3的質(zhì)量相等，而鐵在整個(gè)反應(yīng)過程中守恒，所以合金中鋁的量等于Fe2O3中氧的量，即w(Fe)=112/160×100%=70%，選A2。

根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒求解例5：足量銅與一定量濃硝酸反應(yīng)得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO 的混合氣體，這些氣體與1.68LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5mol·LNaOH溶液至Cu恰好完全沉淀，則消耗NaOH溶液的體積是( )

A．60mL B．45mL C．30mL D．15mL

分析：根據(jù)題意可將題中的反應(yīng)過程表示如下：

從中我們可以看出：在整個(gè)反應(yīng)過程中失電子的物質(zhì)為Cu，而得電子的物質(zhì)為O2，HNO3中的N元素在整個(gè)過程中最終沒有變價(jià)（即反應(yīng)前與反應(yīng)后的價(jià)態(tài)相同）。因此利用氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒規(guī)律得出：

n(Cu)×2=n(O2)×4，n(Cu)=2n(O2)==0.15mol。

然后加氫氧化鈉溶液時(shí)發(fā)生Cu+2OH=Cu(OH)2↓，所以n(OH)=2n(Cu)，因此V(NaOH)==0.06L=60mL。

總結(jié)終態(tài)分析法是一種整體思維方法，可以概括為“抓住反應(yīng)本質(zhì)，巧妙跨越中態(tài)，借助守恒關(guān)系，利用終態(tài)列式”。因只考慮起始和終態(tài)，從而可大大簡化解題過程，提高解題效率。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大學(xué)