高中化學(xué)守恒法的內(nèi)涵及應(yīng)用

李梅

在高中化學(xué)教學(xué)中，對(duì)守恒法的指導(dǎo)比較常見.雖然化學(xué)學(xué)科不斷演變，然而守恒法卻建立于不變的定律之上，以守恒法指導(dǎo)高中生的化學(xué)解題過程，可以讓學(xué)生的解題效率變得更高.因此，我們基于守恒法內(nèi)涵的分析，舉出能量守恒、原子守恒等方面的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)其加以詳細(xì)說明.

一、對(duì)守恒法內(nèi)涵的認(rèn)知

守恒法有兩方面內(nèi)涵值得注意：一是質(zhì)量守恒，二是能量守恒.對(duì)于質(zhì)量守恒定律來說，高中階段的化學(xué)課程側(cè)重于對(duì)物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面的分析，要求學(xué)生意識(shí)到對(duì)物質(zhì)守恒定律的遵守，可以表現(xiàn)出物質(zhì)所具有的普遍變化和規(guī)律，明確化學(xué)反應(yīng)過程之中不會(huì)有新物質(zhì)的無端生成和舊物質(zhì)的無端消除，改變的只是物質(zhì)既有形態(tài)及結(jié)構(gòu).因?yàn)橛辛速|(zhì)量守恒定律的認(rèn)知，可以給學(xué)習(xí)自然科學(xué)的知識(shí)與能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，且保證學(xué)生哲學(xué)理論的發(fā)展.而在能量守恒定律的認(rèn)知方面，側(cè)重于強(qiáng)調(diào)對(duì)物質(zhì)變化的研究，把能量守恒定律和化學(xué)學(xué)科教學(xué)相結(jié)合.它可以表現(xiàn)出物質(zhì)所具有的運(yùn)動(dòng)不變特點(diǎn)，明確物質(zhì)在轉(zhuǎn)化和守恒方面的基本定律，它構(gòu)建于哲學(xué)基礎(chǔ)之上，強(qiáng)調(diào)了物質(zhì)在實(shí)質(zhì)上的變與不變相協(xié)調(diào)的觀念.總的說來，守恒定律對(duì)于促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知極有幫助.

二、高中化學(xué)守恒法的應(yīng)用舉例

1.能量守恒.對(duì)于化學(xué)物質(zhì)來說，基本的能量守恒研究將關(guān)注于微觀層變，明確物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)之前及之后，原子不會(huì)出現(xiàn)總質(zhì)量的改變.物質(zhì)的能量守恒定律能夠有效應(yīng)用于化學(xué)學(xué)科的多步解題過程之中.教師指導(dǎo)學(xué)生借助此方法進(jìn)行問題的分析，可以讓學(xué)生的計(jì)算步驟變得更加簡(jiǎn)便，避免運(yùn)算時(shí)間的浪費(fèi).

例1?在空氣中放置KOH固體，在一段時(shí)間以后，利用分析可以知道該固體的含水量是2.8%，另外K2CO3含量是37.3%.如果我們?cè)谄渲腥〕?g樣品與25mL 2mol/L的鹽酸中和，再把多余鹽酸用1.0mol/L的KOH溶液30.8mL恰好完全中和，待其蒸發(fā)之后，會(huì)得到多少固體？對(duì)于這個(gè)問題，本身解題過程相對(duì)繁復(fù)，若是學(xué)生以一般方法進(jìn)行解決，則容易產(chǎn)生錯(cuò)誤答案.而如果學(xué)生能夠?qū)δ芰渴睾愣蛇M(jìn)行熟練應(yīng)用，那么解題過程便容易得多.K2CO3和KOH與鹽酸進(jìn)行反應(yīng)的產(chǎn)物都是KCl，鹽酸過量，用1.0mol/L的KOH溶液剛好中和，最后全部生成KCl即蒸發(fā)得到的固體為KCl，根據(jù)Cl元素守恒可得： n（KCl）=n（HCl）=0.025mL×2，mol/L=0.05mol所以m（KCl）=0.05mol×74.5g/mol=3.725g.

2.原子守恒.原子屬于化學(xué)變化進(jìn)行維持的最小微粒，我們強(qiáng)調(diào)的原子守恒，意為當(dāng)處在化學(xué)反應(yīng)之前或者之后，某原子個(gè)數(shù)保持不變.根據(jù)這一原理，當(dāng)教師在指導(dǎo)學(xué)生解題時(shí)，可以使學(xué)生避免過于關(guān)注物質(zhì)發(fā)生的各類化學(xué)反應(yīng)，只關(guān)注物質(zhì)初始及結(jié)束狀態(tài)下的存在，構(gòu)建必要的關(guān)系式用以處理問題.

例2?現(xiàn)在有Fe、Al、FeO、Al2O3所共同組成的一種混合物共計(jì)19.7g，將這些混合物和540mL 2.00mol/L稀H2SO4溶液進(jìn)行充分的反應(yīng)，共得到8.96L氣體.現(xiàn)在已經(jīng)知道混合物里面Fe、Al、FeO、Al2O3所占百分比含量分別是28.4%、27.4%、18.3%、25.9%，那么請(qǐng)問若想讓溶液里面陽離子完全以氫氧化物形式進(jìn)行沉淀，則應(yīng)當(dāng)加入的2.70mol/LNaOH溶液體積量是多少？在對(duì)該問題進(jìn)行探索時(shí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)明確與反應(yīng)相關(guān)各物質(zhì)的情況，因此本問題所牽涉的范圍非常廣，方程式較多、未知數(shù)也較多，若采取常規(guī)方法進(jìn)行處理，會(huì)因計(jì)算量過大而發(fā)生錯(cuò)誤，同樣會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)于化學(xué)問題的厭倦情緒.可是借助原子守恒原理能夠了解到：和酸進(jìn)行反應(yīng)之后，金屬陽離子同NaOH 溶液反應(yīng)又會(huì)出現(xiàn)沉淀，剩余的為硫酸鈉溶液，再者，因?yàn)槟軌蛞庾R(shí)到SO2-4同Na+原子守恒，按照SO2-4同Na+所具有的一定比例關(guān)系，能夠比較容易處理這個(gè)問題，最終得到800mL的結(jié)果.

3.電荷守恒.當(dāng)對(duì)化學(xué)問題進(jìn)行研究，在遇到溶液或者物質(zhì)表現(xiàn)為電中性的情況時(shí)，便會(huì)牽涉到溶液或者物質(zhì)內(nèi)部電荷守恒的問題，也就是陰離子帶電量之和同陽離子帶電量之和相一致.借助這種電子守恒的規(guī)律，能夠讓很多化學(xué)問題得到有效處理，只要引導(dǎo)學(xué)生弄清反應(yīng)之前及之后形成的物質(zhì)，而不必過多思考反應(yīng)中間的過程，便會(huì)讓解題效率得到大幅度提升.

總之，守恒法在現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用過程中具有無可取代的作用.把守恒法和化學(xué)解題教學(xué)相結(jié)合，可以促進(jìn)學(xué)生更快更優(yōu)的完成解題任務(wù)，使其化學(xué)應(yīng)用能力與唯物主義思想得到同步發(fā)展.