高中化學解題中守恒法的運用研究

陳善佐

(甘肅省白銀市景泰縣第一中學 730400)

1 高中化學運用守恒法的概述

1.1 守恒法內(nèi)涵

守恒法主要指依據(jù)化學反應當中的某個相應不變的量進行化學問題解答，其是高中化學具體計算過程中常用到的解題方法，以守恒法進行化學題的解答，通常要求學生能夠準確的把握化學反應中物質(zhì)內(nèi)在的守恒關(guān)系.守恒法的優(yōu)勢就是不用對解題當中的相關(guān)細枝末節(jié)進行探討，也不用對化學反應當中物質(zhì)量的起始狀態(tài)與最終狀態(tài)進行考慮，通過對化學反應當中內(nèi)在守恒關(guān)系進行直接把握，迅速構(gòu)建起化學問題的求解公式，以此巧妙的實現(xiàn)對于化學題的求解.對于守恒定律而言，其通常存在于所有的化學反應當中，不論是反應的過程，還是反應物與生成物的質(zhì)量總和及化合價的變化總數(shù)，是電荷總和，還是參與到反應物質(zhì)的原子總數(shù)，都滿足守恒規(guī)律，因此，需準確地把握化學反應過程的守恒定律，并在解題中形成事半功倍的解題效果.較為常見的守恒法通常有原子守恒、元素守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒、電荷守恒等，其都是在進行化學問題解決時的重要依據(jù)，需學生熟練掌握，以實現(xiàn)守恒法的靈活應用.

1.2 守恒法特點

對于守恒法而言，通過對其實施深入研究可知，守恒法通常具有簡便性、廣泛性、易理解的特征.第一，廣泛性.能量、電荷、質(zhì)量三個守恒定律屬于世間萬物都具有的規(guī)律，而就化學反應而言，不論經(jīng)歷多復雜的物質(zhì)變化以及化學反應，其生成物和反應物的守恒規(guī)律都不能與三種守恒定律相違背，且反應之前與反應之后的能量、質(zhì)量、電荷總和都不會出現(xiàn)改變，因此，守恒法在高中化學實際解題中得到了廣泛應用.第二，簡便性.對于高中的化學問題而言，其解答過程通常是極其嚴謹且復雜的，化學題的各種計算思路所使用的公式也都是不同的，高中化學的解題中應用守恒法，只要準確把控化學反應前后之間的守恒關(guān)系，就能促進相關(guān)化學問題的有效解決.第三，易理解.守恒法運用于高中化學的試題解決中，與其他的解題方法相對比，其在內(nèi)容上更加簡單，其表達形式也更容易被學生所理解.

1.3 守恒法解題技巧分析

第一，準確掌握質(zhì)量守恒習題的解題技巧與方法.質(zhì)量守恒需準確的把握住“生成物總量、反應物總量、原子種類、元素種類、質(zhì)量、數(shù)目”等保持不變的原則，指定反應之后物質(zhì)的種類即物質(zhì)構(gòu)成的分子種類必然是會出現(xiàn)改變的，而生成的分子總數(shù)也可能出現(xiàn)較大的改變.第二，準確掌握能量守恒習題的解題技巧與方法.對于能量守恒而言，其本質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)化性與傳遞性，其能夠從一個物體逐漸轉(zhuǎn)移至另個物體，也能由一種形式轉(zhuǎn)變成另外一種形式，但卻不可以憑空消失或者產(chǎn)生.對于能量守恒而言，其實際應用形式是蓋斯定律，這通常需化學教師極其注意.第三，準確掌握電荷守恒習題的解題技巧與方法.電荷守恒的解題守恒等式的書寫，需全部的找出溶液當中的相關(guān)陰陽離子，尤其是電離水解形成的新離子，或是水的電離，正確的判斷出陰陽離子數(shù)之間的守恒，而并非是電荷守恒.第四，準確掌握電子守恒類習題的解題技巧與方法.根據(jù)電子守恒實施解題的時候，需依據(jù)化學反應的過程、明確電子數(shù)目、陳列等式關(guān)系等步驟實施計算，與傳統(tǒng)化解題方式相比，不僅能實現(xiàn)解題流程的簡化，而且還能實現(xiàn)解題準確率的提高.

2 高中化學解題中守恒法的運用

2.1 質(zhì)量守恒法的運用

在守恒法中最基本的原理即質(zhì)量守恒法，立足于宏觀層面，指的是參與化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和與反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和是相等的；立足于微觀層面，指的是化學反應前后各元素數(shù)目、種類保持不變.

例1已知有A、B和C三種物質(zhì)的混合物，其中，A物質(zhì)30g，B物質(zhì)15g，C物質(zhì)10g，把三種物質(zhì)的混合物放到封閉容器內(nèi)加熱，化學反應結(jié)束后，可知容器內(nèi)存在A物質(zhì)15 g，B物質(zhì)26 g，以及物質(zhì)D，要求對反應后生成物和反應物間的質(zhì)量比進行計算.

解析已知題目中物質(zhì)皆以符號表示，因此進行解題時學生很難結(jié)合題意列出對應化學方程式，導致加大解題難度.此時，通過質(zhì)量守恒法的運用，可以幫助學生找到突破口.結(jié)合質(zhì)量守恒定律，進行解題時只需讓學生明白化學反應中的生成物、反應物、以及參加反應的各物質(zhì)質(zhì)量及生成的各物質(zhì)質(zhì)量分別是什么即可結(jié)合題目可知，A、C物質(zhì)的質(zhì)量減少，因此二者為反應物，前者參加反應的質(zhì)量為30g-15g=15g，C質(zhì)量10g.B、D質(zhì)量得到增加，因此是化學反應生成物，B的生成質(zhì)量即26g-15g=11g.結(jié)合質(zhì)量守恒定律mA+mC=mB+mD，可得：15+10=11+mD，解出D質(zhì)量14g，因此，反應中A、B、C、D的質(zhì)量比為15∶11∶10∶14.

2.2 電子守恒法的運用

電子守恒即氧化還原過程中得失電子的守恒.電子并不會憑空產(chǎn)生或消失，只能在物質(zhì)之間轉(zhuǎn)移，因此失去電子的總和應等于得到電子的總和.

例2高溫環(huán)境中硫酸銨的分解，生成NH3、SO2、N2、H2O，求反應中生成的氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為？

解析該反應中，氧化產(chǎn)物為氮氣，還原產(chǎn)物為二氧化硫，也就是說這道題實際上就是在求二氧化硫和氮氣的物質(zhì)的量比.氮氣由硫酸銨中的氮變?yōu)榈獨庵械牡?，總共失?個電子，硫酸中的硫原子到二氧化硫中的硫原子，失去2個電子，鑒于得失電子守恒，可得二氧化硫和氮氣的物質(zhì)的量比為1∶3，因此這道題的答案就是1∶3.

在學生解題的過程中，通過電子守恒關(guān)系，能夠使學生快速列出方程式，無須學生死記硬背，就能對相關(guān)題目產(chǎn)生更深刻地理解，同時還有利于學生對題目意思進行精煉提取，以此促進解題效率和準確性的提升.

2.3 原子守恒法的運用

原子守恒即反應前后，原子個數(shù)不變.

例3使適量濃硝酸與適量銅進行反應，銅被完全溶解后，得到了22.4mL的氣體，在這一整個作用過程中，用到的硝酸物質(zhì)的量為多少？已知銅的質(zhì)量為38.4mg，氣體存在標準狀況下.

解析該題作為典型的運用原子守恒展開計算的試題，結(jié)合題目描述，和學生對硝酸與銅反應的掌握，可知整個反應過程中，硝酸與銅是參與反應的物質(zhì)，生成物質(zhì)包含硝酸銅和一氧化氮或二氧化氮，其中硝酸發(fā)揮著不同作用.

解析硝酸與銅產(chǎn)生反應時，部分硝酸起酸的作用生成硝酸銅，該過程中所用的硝酸物質(zhì)的量為2n(Cu)=(38.4×10-3)÷64mol×2=1.2×10-3mol；剩余部分的硝酸發(fā)揮氧化作用，不論生成怎樣的氣體成分，都為硝酸的還原產(chǎn)物，因此該部分硝酸的物質(zhì)的量為(22.4×10-3)÷22.4mol=1×10-3mol.所以，在整個反應過程中，共計消耗的硝酸的物質(zhì)的量為1.2×10-3mol+1×10-3mol=2.2×10-3mol.

2.4 電荷守恒法的運用

電荷守恒法即電荷處于化學反應中不會發(fā)生改變或是被消滅.化學反應出現(xiàn)前后的電荷總量保持不變，在高中化學解題教學的過程中，通過電荷守恒法的應用，有利于幫助學生提高解題的效率，在采取電荷守恒法以后更具顯著效果.

例4有硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸所組成的混合溶液，其pH=1，鋁離子的濃度為0.4mol/L，硫酸根離子的濃度為0.8mol/L，求鉀離子的物質(zhì)的量濃度為多少？

解析結(jié)合硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸的化學式展開研究：將以上三種溶液混合到一起后，便可以對溶液中的硫酸根來源予以明確.確定溶液pH為1后，能夠得知溶液中的c(H+)=1×10-1mol/L.然后，引導學生書寫溶于溶液中的三種物質(zhì)電離方程式：

綜上所述，在學生解答化學題目的過程中，結(jié)合已知條件及所求問題，實現(xiàn)對各種守恒定律的靈活應用，不僅可以幫助學生省去繁雜的化學計算和分析過程，減少計算時長，還可以幫助學生建立清晰的解題思路，引導學生對化學反應過程中參與反應物質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系形成準確地掌握.