化學(xué)計(jì)算問(wèn)題中的守恒思想

張小蕓

摘 要：守恒是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，在化學(xué)的學(xué)習(xí)和計(jì)算中必須要首先建立起守恒的思想。守恒思想有多種形式，如能量守恒、原子守恒、電荷守恒、得失電子守恒等等。其實(shí)總共可以歸結(jié)為三大守恒：即化學(xué)變化中的原子守恒；氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒和電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子之間的電荷守恒。在平時(shí)教學(xué)中不僅要注意強(qiáng)化守恒意識(shí)，而且還要結(jié)合守恒思想來(lái)解決化學(xué)變化的具體問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：守恒法；原子守恒；電子守恒；電荷守恒

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）06-001-01

一、守恒法的基本題型和解題依據(jù)

守恒是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，在化學(xué)的學(xué)習(xí)和計(jì)算中必須要首先建立起守恒的思想。守恒思想有很多種形式，如能量守恒、原子守恒、電荷守恒、得失電子守恒、質(zhì)子守恒等等。其實(shí)總共可以歸結(jié)為三大守恒：即化學(xué)變化中的原子守恒；氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒和電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子之間的電荷守恒。在平時(shí)教學(xué)中不僅要注意強(qiáng)化守恒意識(shí)，而且還要結(jié)合守恒思想來(lái)解決化學(xué)變化的具體問(wèn)題。

二、例題應(yīng)用指導(dǎo)

（一）原子守恒：化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子的重新組合，因此在反應(yīng)前后都存在著原子守恒。具體計(jì)算中利用反應(yīng)前后質(zhì)量不變的原理進(jìn)行求解。

例1.將一定質(zhì)量的鎂鋁合金，投入到500 mL 2 mol/L的鹽酸中完全溶解后使生成的沉淀量最多需再加入4 mol/L的NaOH溶液的體積是（ ）

A.125 mL B.200 mL C.250 mL D.560 mL

分析：鎂鋁合金與鹽酸反應(yīng)，合金完全溶解，生成Mg2+和Al3+，加入NaOH溶液要使生成的沉淀最多，則Mg2+和Al3+全部轉(zhuǎn)化為沉淀，經(jīng)過(guò)分析反應(yīng)后的產(chǎn)物均為氯化鈉，由鈉原子和氯原子守恒可得n（NaOH）= n（NaCl）=n（HCl），由V=n/C計(jì)算NaOH溶液的體積。答案：C

【反思】學(xué)生在做題時(shí)可能從計(jì)算鎂鋁合金中的鎂和鋁的質(zhì)量著手，寫(xiě)出各步反應(yīng)的方程式并列出方程組進(jìn)行求解，使得計(jì)算過(guò)程繁瑣，此時(shí)如果應(yīng)用原子守恒法，就可以減少計(jì)算過(guò)程，提高做題效率。

（二）電子守恒：在氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是存在電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)引起元素化合價(jià)的升降，而電子并不會(huì)憑空的產(chǎn)生或消失，因此在反應(yīng)中有得失電子守恒和化合價(jià)升降守恒的關(guān)系。即n（氧化劑）×變價(jià)原子個(gè)數(shù)×化合價(jià)變化值=n（還原劑）×變價(jià)原子個(gè)數(shù)×化合價(jià)變化值

例2.22.4 g鐵粉完全溶解于某濃度的硝酸中，如反應(yīng)收集到0.3 mol NO2和0. 2 mol NO，則生成產(chǎn)物中存在Fe3+和Fe2+的比值是多少？

分析：依題意知，由硝酸生成0.3molNO2和0.2 molNO，根據(jù)化合價(jià)升降可知HNO3→0.3 mol NO2 從+5價(jià)降低到+4價(jià)，轉(zhuǎn)移0.3mol電子，由HNO3→0.2 mol NO 是從+5價(jià)降低到+2價(jià)，轉(zhuǎn)移0.6mol電子，即共得到0.9mol電子；分析共有0.4 molFe，若全部轉(zhuǎn)化為Fe2+ 共失去0.8mol電子，若全部轉(zhuǎn)化為Fe3+ 共失去1.2mol電子，則反應(yīng)后生成的鹽為Fe（NO3）3和Fe（NO3）2 ，根據(jù)十字交叉法可得比值為1：3。

【反思】該題應(yīng)用了電子守恒法、極限法和十字交叉法，因此在平時(shí)化學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)多加強(qiáng)這些常用計(jì)算方法的練習(xí)。

（三）電荷守恒：通過(guò)學(xué)習(xí)我們理解對(duì)任一電中性的體系正電荷總數(shù)和負(fù)電荷總數(shù)是相同的，因而在化合物和電解質(zhì)溶液中，陰陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)也是相同的，即電荷守恒。

例3.將KCl和KBr的混合物13.4克，溶于水配成500mol溶液，通入過(guò)量的Cl2，反應(yīng)后將溶液蒸干，得固體11.175克，則原配溶液中的K+、Cl-、Br-的物質(zhì)的量濃度之比為（ ）

A、1：2：3 B、3：2：1 C、1：3：2 D、2：3：1

分析：根據(jù)溶液中的電荷守恒有[K+]=[Cl-]+[Br-]則[K+]>[Cl-]、[K+]>[Br-] 答案： B

例4.某地酸雨分析數(shù)據(jù)如下：[Na+]=2.3×10-5mol/L ，[Cl-]=3.5×10-5mol/L [NH4+]=7×10-6mol/L ，[SO42-]=2.5×10-6mol/L ， 該地酸雨的PH值是（ ）。

A.3.0 B.4.0 C.4.3 D.5.0

分析：根據(jù)酸雨中，陰陽(yáng)離子電荷守恒求算： [Na+]+ [NH4+] +[H+] =[Cl-] +2[SO42-] +[OH-] 因溶液顯酸性，故[OH-]可略。代入題給數(shù)據(jù)，求得[H+]=1.0×10-5mol/L PH=5.0答案： D。

【反思】電荷守恒在溶液中離子濃度大小比較和相關(guān)計(jì)算中被經(jīng)常使用。

三、守恒的巧妙應(yīng)用

在理解了守恒的概念后，在具體的應(yīng)用上還要注意方法的選取和巧妙應(yīng)用。如在一個(gè)具體的化學(xué)反應(yīng)中，如果涉及到與質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題可考慮質(zhì)量守恒法。氧化還原反應(yīng)方程式的正確書(shū)寫(xiě)及有關(guān)計(jì)算，原電池和電解池的電極方程式正確書(shū)寫(xiě)及有關(guān)電化學(xué)計(jì)算，均涉及到氧化還原反應(yīng)，常用電子守恒。涉及到溶液中陰陽(yáng)離子濃度的大小比較和計(jì)算問(wèn)題可考慮電荷守恒。

總之，守恒思想在高中化學(xué)解題過(guò)程中發(fā)揮著很重要的作用，是化學(xué)中常用的解題方法之一，要根據(jù)不同條件，結(jié)合具體的守恒思想，有效建立恒等式關(guān)系，巧妙作答，可以提高解題速率和準(zhǔn)確率。