守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析

鐘淮真

(福建省廈門海滄實(shí)驗(yàn)中學(xué) 361026)

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，涉及許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)，物質(zhì)在一定條件下生成新物質(zhì)的過程即為化學(xué)反應(yīng).在化學(xué)反應(yīng)過程中分子分裂成若干原子，并重新組合生成新物質(zhì)，期間會(huì)產(chǎn)生化學(xué)量，這些化學(xué)量在反應(yīng)前后總量不變，稱之為化學(xué)反應(yīng)守恒.依據(jù)化學(xué)量之間守恒關(guān)系，可解決化學(xué)反應(yīng)相關(guān)問題，為此在高中化學(xué)教學(xué)過程中，需向?qū)W生講述守恒法有效應(yīng)用方略，為學(xué)生有效解決化學(xué)反應(yīng)問題奠定基礎(chǔ).

一、守恒法定義

守恒現(xiàn)象在自然界中普遍存在.在化學(xué)反應(yīng)過程中，可運(yùn)用守恒法對化學(xué)反應(yīng)前后原子變化情況進(jìn)行分析，介于原子數(shù)量在反應(yīng)前后不變，借助守恒法可分析化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系.高中化學(xué)教師在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用守恒法解決化學(xué)反應(yīng)問題時(shí)，無需思考化學(xué)反應(yīng)條件、操作方法等客觀因素，只需從化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)本身著手，思考其反應(yīng)前后的狀態(tài)，便可達(dá)成解答化學(xué)問題的目的.守恒法由能量守恒、電子守恒、化合價(jià)守恒、質(zhì)量守恒、原子守恒等形式構(gòu)成，適用于任何化學(xué)反應(yīng)的分析與計(jì)算，教師在指導(dǎo)學(xué)生善用守恒法同時(shí)，需引導(dǎo)學(xué)生掌握各類守恒法應(yīng)用方略，提升守恒法綜合應(yīng)用效率，達(dá)到提高學(xué)生化學(xué)能力的目的.

二、守恒法在高中化學(xué)解題過程中的應(yīng)用分析

通過對守恒法定義進(jìn)行分析可知，該方法可用于分析解決與化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的一些問題，為此教師應(yīng)從化學(xué)教育實(shí)況出發(fā)，以學(xué)生為教育主體，幫助學(xué)習(xí)分析其在化學(xué)解題過程中存在的問題與困難，引導(dǎo)學(xué)生善于使用守恒法解決不同的化學(xué)問題，以提高學(xué)生的解題效率并由此提升高中化學(xué)教育質(zhì)量.下面筆者淺析各種守恒法在解題中的具體應(yīng)用.

1. 質(zhì)量守恒法

在化學(xué)反應(yīng)前后，化學(xué)物質(zhì)質(zhì)量總和不變，呈現(xiàn)出質(zhì)量守恒結(jié)果.基于該原理，教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對化學(xué)反應(yīng)關(guān)系式中的物質(zhì)進(jìn)行推斷與計(jì)算，使化學(xué)問題得以有效解決

解析這是一道較為經(jīng)典化學(xué)例題，旨在考查學(xué)生質(zhì)量守恒法靈活運(yùn)用能力，基于C2H8N2化學(xué)反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)相等，由此可知燃燒反應(yīng)后有2個(gè)碳原子，6個(gè)氮原子，8個(gè)氧原子，8個(gè)氫原子，運(yùn)用質(zhì)量守恒法，可得出2X中有氮原子4個(gè)，氧原子8個(gè)，每個(gè)X分子中，有氧原子4個(gè)，氮原子2個(gè)，繼而得出X化學(xué)式為N2O4.

2. 能量守恒法

能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失.在任何化學(xué)反應(yīng)中也一樣，不管經(jīng)歷什么樣的能量形式轉(zhuǎn)化，總能量一定守恒.教師應(yīng)以此為依據(jù)引導(dǎo)學(xué)生充分應(yīng)用能量守恒法，簡化解題思路，提高化學(xué)問題解題成效.如在講解如何利用反應(yīng)物具有的總能量與生成物具有的總能量的相對大小來分析化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)時(shí)，教師就可以利用能量守恒法幫助學(xué)生理解判斷：如圖所示，當(dāng)反應(yīng)物具有的總能量高于生成物具有的總能量時(shí)，為了遵循能量守恒，高出來的一部分能量去哪里了？以熱量的形式釋放出去了，所以反應(yīng)為放熱反應(yīng)；反之當(dāng)反應(yīng)物具有的總能量低于生成物具有的總能量時(shí)，生成物高出來的部分能量哪里來？從外界獲取即吸收熱量，故反應(yīng)為吸熱反應(yīng).這樣一分析即強(qiáng)化了能量守恒的觀念，同時(shí)也幫助同學(xué)們在理解中記憶了知識(shí)，得到事半功倍的效果.

3.原子守恒法

在化學(xué)反應(yīng)前后原子種類及數(shù)量不會(huì)發(fā)生變化，基于此可有效解決化學(xué)反應(yīng)相關(guān)問題，簡化化學(xué)計(jì)算及推導(dǎo)的步驟，同時(shí)提高解題的正確率.教師在利用原子守恒法指導(dǎo)解題的教學(xué)過程中，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生探究化學(xué)反應(yīng)式前后元素的轉(zhuǎn)化關(guān)系，繼而得出結(jié)論.

例2 濃HNO3與38.4 mg銅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，待銅完全反應(yīng)后，收集22.4 mL氣體，請學(xué)生分析在化學(xué)反應(yīng)過程中HNO3消耗量是多少？

解析在該例題中銅與濃HNO3反應(yīng)生成Cu(NO3)2、NOx，其中濃HNO3起兩部分作用：作氧化劑和酸的作用，其中起到氧化劑作用的濃HNO3被還原成22.4 mL NOx；起酸作用的濃HNO3反應(yīng)后生成Cu(NO3)2.經(jīng)分析可得出原子守恒關(guān)系式n(HNO3消耗)=n(NOx)+2×n(Cu(NO3)2)，得出化學(xué)反應(yīng)過程中共消耗HNO3：1×10-3mol +1.2×10-3mol=2.2×10-3mol，故得出結(jié)論，HNO3共消耗2.2×10-3mol.

教師在引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用原子守恒法解決化學(xué)問題特別是相關(guān)計(jì)算問題時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)其關(guān)注化學(xué)關(guān)系中式中的反應(yīng)元素，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類及數(shù)目不變的觀念掌握其去向及量的變化情況，繼而得出化學(xué)問題結(jié)論.

4. 電荷守恒法

電荷守恒法產(chǎn)生與應(yīng)用基礎(chǔ)在于電荷不會(huì)因化學(xué)反應(yīng)而改變或消滅，反應(yīng)前后化學(xué)物質(zhì)電荷總數(shù)不變.應(yīng)用該方法，學(xué)生可有效解決化學(xué)反應(yīng)問題，提升化學(xué)解題速度.電荷守恒原理經(jīng)常用于解決電解質(zhì)溶液的常見問題.

例3 在常溫下將甲酸(HCOOH)與NaOH溶液進(jìn)行混合，所得溶液pH>7，試析該化學(xué)溶液中c(HCOO-)和c(Na+)的關(guān)系.

解析在分析這道化學(xué)問題時(shí)，需用電荷守恒法，經(jīng)分析得出關(guān)系式：c(Na+)+c(H+)=c(HCOO-)+c(OH+),基于問題中說明溶液pH>7，繼而得出c(H+)c(HCOO-).教師應(yīng)秉持循序漸進(jìn)原則，逐漸增大習(xí)題難度，使學(xué)生有效掌握電荷守恒法應(yīng)用方法，提高化學(xué)問題解答成效.

5.得失電子守恒法

氧化還原反應(yīng)知識(shí)是高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)也是一大難點(diǎn)，其中氧化還原反應(yīng)的配平更是重中之重.氧化還原反應(yīng)配平方法有很多：順配法、逆配法、雙向配平法等等，但不管用什么配平方法，利用得失電子守恒法指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行氧化還原反應(yīng)配平是教學(xué)中的基本手段.