守恒法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略探討

守恒法是我們解答化學(xué)試題時(shí)經(jīng)常用到的一種方法,通過守恒法可以便捷高效地解決化學(xué)試題,提高解題效率。本文旨在對(duì)高中化學(xué)解題過程中守恒法的具體應(yīng)用加以探討,希望能給同學(xué)們提供一些參考。

一、電子守恒

電子守恒是指在氧化還原反應(yīng)中,氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)。

例1把50mL0.1mol·L-1的羥胺(NH2OH)酸性溶液和足量的Fe2(SO4)3溶液在煮沸條件下進(jìn)行反應(yīng),最終生成的Fe2+恰好能被50mL 0.04mol·L-1的酸性高錳酸鉀溶液氧化。則羥氨的氧化產(chǎn)物為()。

A.NO2B.N2O C.NO D.N2

分析：從整體角度來看,羥氨失去的電子全部被高錳酸鉀獲得。假設(shè)羥胺的氧化產(chǎn)物中N元素的化合價(jià)為x,通過電子守恒原理可以得到0.05L×0.1mol·L-1×[x-(-1)]=0.05L×0.04mol·L-1×(7-2),解得x=1。所以答案為B。

二、電荷守恒

因?yàn)槿芤撼孰娭行?所以陰離子所帶的負(fù)電荷總量與陽離子所帶的正電荷總量是相等的。運(yùn)用電荷守恒原理進(jìn)行解題時(shí),只需知道反應(yīng)物及生成物,可以不用糾纏于反應(yīng)進(jìn)行的具體過程,這樣不但能簡(jiǎn)化解題過程,還可以提高解題效率。

例2通過對(duì)某地酸雨中的SO2-4、NH+4、Cl-、Na+進(jìn)行測(cè)定,得出這些離子的濃度分別是2.5×10-6、2.3×10-5、3.5×10-5、7.0×10-6mol·L-1,則這場(chǎng)酸雨的pH值是()。

A.3 B.4 C.5 D.6

分析：因?yàn)樗嵋撼孰娭行?所以酸雨中陽離子所帶電荷總量和陰離子所帶電荷總量是相等的,結(jié)合題意可以得出酸雨中H+的濃度是1.0×10-5mol·L-1,進(jìn)而得知該酸雨的pH值為5。所以答案為C。

三、質(zhì)量守恒

化學(xué)反應(yīng)是原子互相組合的一個(gè)過程,不管反應(yīng)之前及反應(yīng)之后的物質(zhì)處于何種狀態(tài),反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量是相等的,這就是質(zhì)量守恒定律。

例3現(xiàn)有一定量的氫氧化鉀固體,該固體中含水2.8%、碳酸鉀7.2%。稱取該氫氧化鉀1 g,將其投放至50mL3mol·L-1的鹽酸中,中和多余的鹽酸又用去30.8mL1.07mol·L-1的氫氧化鉀溶液。將中和后得到的溶液加熱蒸干,求最終得到的固體的質(zhì)量。

分析：通過對(duì)題設(shè)條件加以細(xì)致分析,可知最終得到的物質(zhì)是氯化鉀,其中的Cl元素全都來自于鹽酸。所以根據(jù)Cl元素守恒可知,n(KCl)=n(HCl)=0.05L×3mol·L-1=0.15mol。所以m(KCl)=74.5 g·mol-1×0.15mol=11.175 g。

四、原子守恒

原子是化學(xué)變化中最小的微粒。所謂原子守恒,指的是反應(yīng)前后某個(gè)原子的個(gè)數(shù)及物質(zhì)的量是不變的。所以,在解答某些試題時(shí),我們就可以忽略物質(zhì)發(fā)生的相關(guān)反應(yīng),只需對(duì)物質(zhì)的始末狀態(tài)加以考慮即可,進(jìn)而快速構(gòu)建關(guān)系式,以達(dá)到快速解答問題的目的。

例4現(xiàn)有19.7g由Fe、FeO、Al及Al2O3組成的混合物,將其和540mL 2.00mol·L-1的稀硫酸進(jìn)行充分反應(yīng),最后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體8.96L。已知該混合物中,Fe、FeO、Al及Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是28.4%、18.3%、27.4%及25.9%。欲使溶液中的陽離子全部通過氫氧化物這種形式進(jìn)行沉淀,則至少需要添加2.70mol·L-1的氫氧化鈉溶液多少毫升?

分析：該混合物和稀硫酸反應(yīng)后,轉(zhuǎn)化成的金屬離子和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)生成沉淀,最后剩余的溶液為硫酸鈉,而Na原子、SO2-4原子團(tuán)都遵守原子守恒定律,按照兩者的比例關(guān)系就可對(duì)問題加以輕松解決。設(shè)所需氫氧化鈉溶液的體積是x,根據(jù)題意可得2.00mol·L-1×0.54L×2=2.70mol·L-1×x,解得x=8L=800mL。