守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用管窺

摘 要：高中階段的教學(xué)中，化學(xué)作為一門(mén)重要的學(xué)科，在學(xué)生的考試和升學(xué)中占著重要地位。高中化學(xué)知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生會(huì)遇到各種類(lèi)型的問(wèn)題，在解題的過(guò)程中，如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題的歸類(lèi)，獲取更加簡(jiǎn)捷、高效的解題方式，對(duì)于學(xué)生來(lái)講有著重要意義。守恒法是高中化學(xué)解題中常見(jiàn)的方式，主要是利用化學(xué)反應(yīng)前后，反應(yīng)物和生成物之間總質(zhì)量守恒或者某一元素質(zhì)量守恒的原理，進(jìn)一步計(jì)算各物質(zhì)的量。文章中結(jié)合高中教學(xué)化學(xué)解題，提出幾點(diǎn)守恒法的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；解題；守恒法；應(yīng)用

在化學(xué)世界中，物質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著變化，但在變化的過(guò)程中遵守著一個(gè)永恒的規(guī)律，就是守恒定律。因此，高中化學(xué)解題的過(guò)程中，出現(xiàn)了守恒法的解題方式。在解題的過(guò)程中，運(yùn)用守恒定律，不需要過(guò)分追究過(guò)程和細(xì)節(jié)?？紤]反應(yīng)體系中相互作用前后的變化，能夠減少?gòu)?fù)雜的計(jì)算，優(yōu)化解題的過(guò)程，保證解題的效率和質(zhì)量。高中化學(xué)解題中，借助守恒法，快速構(gòu)建數(shù)量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的有效解答。

一、 借助質(zhì)量守恒，解答化學(xué)問(wèn)題

質(zhì)量守恒主要是指在和周?chē)艚^的物質(zhì)系統(tǒng)中，發(fā)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)和變化，其總質(zhì)量始終保持不變。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前的反應(yīng)物和反應(yīng)后的生成物的總質(zhì)量相等的規(guī)律，進(jìn)行化學(xué)計(jì)算和推斷，實(shí)現(xiàn)化學(xué)問(wèn)題的有效解答。

例題：某烴0.1 mol，與在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為20 L的氧氣（過(guò)量）充分反應(yīng)之后，迅速將混合氣體通入足量的Na2O2粉末中，在一定設(shè)備條件下，使得氣體完全反應(yīng)，此時(shí)粉末的重量增加15 g。經(jīng)過(guò)處理之后得到的氣體是14.4 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。該烴可以是溴水褪色，通過(guò)計(jì)算求解該烴的分子式，并且寫(xiě)出可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

分析：此題有多種解題方式，如果按照常規(guī)的解題方式，求解最后的結(jié)果，求解的過(guò)程中就會(huì)變得比較煩瑣復(fù)雜。通過(guò)分析題目中的已知條件，尋找本題目解題的關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)反應(yīng)前后的質(zhì)量守恒定律解題，了解反應(yīng)物和生成物都有哪些，了解反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量以及其數(shù)量關(guān)系是怎樣的。

解：假設(shè)該烴的質(zhì)量為M，經(jīng)過(guò)分析可以推斷出14.4 L氣體均是氧氣。根據(jù)質(zhì)量守恒可以得出，烴和氧氣質(zhì)量的減少量就是Na2O2粉末增加量。計(jì)算求解得出M=70。所以得出該烴的化學(xué)式是C5H10。因?yàn)樵摕N可以使溴水褪色，所以其為烯烴。該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可能是CH2CH—CH2—CH2—CH3、CH3—CHCH—CH2—CH3。

二、 利用元素守恒，解決化學(xué)問(wèn)題

元素守恒主要是指在化學(xué)反應(yīng)的前后，各元素的種類(lèi)沒(méi)有發(fā)生變化，元素的原子個(gè)數(shù)保持不變。元素守恒主要有原子守恒和離子守恒。在化學(xué)解題的過(guò)程中，使用元素守恒的方式，只需要尋找反應(yīng)結(jié)束時(shí)，離子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)其守恒關(guān)系，計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)果。

例題：有一些在空氣中放置一段時(shí)間的KOH固體，經(jīng)過(guò)分析測(cè)量得知其含水2.8%、含K2CO337%，取1 g該樣品，投入到25 mL 2 mol/L的鹽酸中之后，多余的鹽酸使用1.0 mol/L的KOH溶液30.8 mL恰好能夠完全中和，求解蒸發(fā)中和后的溶液可以得到的固體質(zhì)量是多少。

分析：通過(guò)分析確定最后的固體產(chǎn)物是KCl，根據(jù)氯元素守恒，通過(guò)鹽酸物質(zhì)的量濃度計(jì)算出KCl的物質(zhì)的量，進(jìn)一步計(jì)算出固體的質(zhì)量。

解：K2CO3和KOH和鹽酸發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物均是KCl，鹽酸過(guò)量，并且使用相應(yīng)的KOH溶液剛好中和，最后生成KCl。因此蒸發(fā)后所得到的固體是KCl，根據(jù)反應(yīng)開(kāi)始和反應(yīng)結(jié)束時(shí)Cl元素守恒可以得出：n（KCl）=n（HCl）=0.05 mol，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出KCl的質(zhì)量是3.725 g。

本題主要考查混合物的計(jì)算，難度并不大，主要是利用元素守恒，實(shí)現(xiàn)計(jì)算步驟的優(yōu)化，運(yùn)用相應(yīng)的守恒思想。

三、 利用電荷守恒，解決化學(xué)問(wèn)題

電荷守恒主要是針對(duì)任意電中性的體系，例如化合物、混合物等，其電荷的代數(shù)和是零，也就是正電荷總數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)。利用化學(xué)反應(yīng)前后電荷總量不變的定理，開(kāi)展相應(yīng)的計(jì)算和推導(dǎo)。通常情況下，在溶液離子濃度關(guān)系推斷中使用，在反應(yīng)中，某些量的計(jì)算中也會(huì)使用此種方式。

例題：將aL由（NH42SO4和NH4NO3組成的混合溶液分成兩等份，一份加入bmol燒堿，并且進(jìn)行加熱處理，剛好將NH3趕出；另一份中使用cmol BaCl2溶液，沉淀剛好完全，那么原溶液中c（NO-3）為。

分析：在解題的過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)非常的復(fù)雜，數(shù)量關(guān)系處理比較煩瑣，如果根據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行量的計(jì)算，非常的復(fù)雜。因此，根據(jù)電荷守恒的原理，可以輕松地進(jìn)行計(jì)算、解題。

解：根據(jù)題目中的已知可以得出，aL的混合溶液中含有2bmol的NH+4和2cmol的SO2-4，根據(jù)電荷守恒可以列出相應(yīng)的計(jì)算式，通過(guò)計(jì)算可以得出答案是2b-4camol/L。

本題主要是考查水的離子積常數(shù)、水電離的影響因素以及水的電離平衡等知識(shí)點(diǎn)，巧妙地應(yīng)用電荷守恒。

四、 根據(jù)電子得失守恒，解答化學(xué)問(wèn)題

高中化學(xué)解題中，電子得失守恒主要是在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得到一定數(shù)量的電子數(shù)，和還原劑失去的電子數(shù)量相同。在氧化還原反應(yīng)、原電池和電解池中，都是同樣的。例題：將純鐵絲5.21 g溶于過(guò)量的稀鹽酸中，在加熱的條件下，使用2.53 g KNO3去氧化溶液中的亞鐵離子，等到反應(yīng)后，剩余的Fe2+需要12 mL0.3 mol/L的KMnO4溶液才能夠完全氧化，寫(xiě)出硝酸鉀和氯化亞鐵完全反應(yīng)的方程式。

分析：鐵和鹽酸發(fā)生完成反應(yīng)會(huì)生成Fe2+，根據(jù)題目中可以得知Fe2+分別和KMnO4溶液和KNO3溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，KMnO4被還原生成Mn2+，那么KNO3被還原的產(chǎn)物是什么呢？根據(jù)電子得失守恒進(jìn)行相應(yīng)的分析和計(jì)算得出其還原的產(chǎn)物是NO。因此，硝酸鉀和氯化亞鐵完全反應(yīng)的方程式是：3FeCl2+KNO3+4HCl3FeCl3+KCl+NO↑+2H2O。

五、 結(jié)語(yǔ)

高中化學(xué)作為高中階段的重要學(xué)科，其解題教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生解題方式的培養(yǎng)。運(yùn)用守恒法，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程開(kāi)展相應(yīng)的分析，了解化學(xué)反應(yīng)中的數(shù)量關(guān)系，科學(xué)合理地利用守恒法，開(kāi)展化學(xué)問(wèn)題解題，優(yōu)化解題過(guò)程，減少不必要的計(jì)算，做到事半功倍。在實(shí)際解題中，可以根據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒、元素守恒、電子得失守恒等原理，尋找題目中的隱藏條件，注重學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，靈活地應(yīng)用守恒法，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的有效解答。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊洋.守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析[J].數(shù)理化解題研究，2016（25）：76.

[2]劉霞.守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（18）.

作者簡(jiǎn)介：

趙虎，甘肅省臨夏回族自治州，甘肅省臨夏中學(xué)新校區(qū)。