巧借“守恒法”解決高中化學(xué)計算難題

謝國芳

(華東師范大學(xué)鹽城實驗中學(xué) 224000)

“守恒法”是高中化學(xué)階段常見的一種技巧性解題方法之一，也是高考中常用的解題方法和解題技巧.化學(xué)反應(yīng)通常包括“變化”及“不變”的守恒思想，在實際解題過程中，可以通過學(xué)習(xí)把握化學(xué)中的“不變”思想，優(yōu)化解題思路，提高解題效率.在高中化學(xué)階段常接觸到的守恒思想包括：質(zhì)量守恒、元素原子守恒、得失電子守恒，以及電荷守恒四個方向.

1 質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒是指在宏觀意義上，各個元素質(zhì)量反應(yīng)前后相等.這一守恒關(guān)系常見與題目中給予質(zhì)量關(guān)系較多，可以使用質(zhì)量守恒定律去尋求守恒關(guān)系的題目.學(xué)生在實際解題過程中，首先需要明確求解量，其次根據(jù)提示條件找出守恒關(guān)系，進(jìn)而列式求解.

例1 向200 mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的量隨鐵粉質(zhì)量的變化如圖1所示(已知硝酸只被還原為NO氣體).下列分析正確的是( ).

圖1

A．OA段、BC段產(chǎn)生的氣體都是NO

B．A點溶液中的溶質(zhì)為Fe(NO3)2和H2SO4

C．原混合酸中H2SO4的物質(zhì)的量濃度為1 mol·L-1

D．向C點溶液中再加入足量的稀硝酸，仍然能生成NO

AB段發(fā)生反應(yīng)：

BC段發(fā)生反應(yīng)：

故OA段生成的氣體為NO，BC段生成的氣體為H2，故A錯誤；B選項，OA段發(fā)生反應(yīng)：

題后反思本題是質(zhì)量守恒的圖像題.通過分析題目中的所給條件可以快速判斷出可以通過質(zhì)量守恒關(guān)系，列出等式，進(jìn)而求解.通過分析圖像所給出的條件，可以判斷出在各個階段會發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，再根據(jù)酸和金屬的化學(xué)反應(yīng)特征找準(zhǔn)等量關(guān)系，進(jìn)而求解.在利用質(zhì)量守恒關(guān)系有關(guān)的題目時，要把握質(zhì)量不變和質(zhì)量相等的守恒關(guān)系，理清m(A)=m(B)，進(jìn)而列式求解.

2 元素原子守恒

元素原子守恒是指微觀粒子個數(shù)，比如原子、離子等，在反應(yīng)前后是相等的.在利用元素原子守恒求解的過程中，要把握反應(yīng)前后，哪些微粒存在相等關(guān)系或個數(shù)不變的規(guī)律，進(jìn)而找出對應(yīng)關(guān)系式，求解原題.

例2將一定量銅粉與一定量的濃硫酸反應(yīng)，當(dāng)銅粉完全反應(yīng)時，收集到3.36 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則消耗硫酸的物質(zhì)的量是( ).

A．0.15mol B．0.20mol

C．0.30mol D．0.40mol

題后反思本題重點在于利用化學(xué)方程式和原子守恒定律求解所消耗硫酸的物質(zhì)的量.本題除了利用硫原子反應(yīng)前后守恒之外，還使用了電子轉(zhuǎn)移守恒定律，需要學(xué)生靈活判斷.提高自己的解題效率.

3 得失電子守恒

得失電子數(shù)守恒主要應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)，它是針對氧化還原反應(yīng)中氧化劑得電子的總數(shù)等于還原劑失電子的總數(shù).這一等量關(guān)系僅能用于氧化還原反應(yīng)中，也是解決氧化還原反應(yīng)問題的最佳思路，學(xué)生在面對此類型的化學(xué)反應(yīng)時，要注意觀察，著重使用，節(jié)約解題時間.

例3 已知反應(yīng)

dCu2S+eFeSO4+fH2SO4

每當(dāng)有6 mol H2O參加反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為( ).

A．9.5NAB．10.5NAC．11.5NAD．12.5NA

分析選B.根據(jù)反應(yīng)前后原子守恒，可將化學(xué)方程式改寫為：

根據(jù)化學(xué)方程式可以列出以下等式：

①根據(jù)硫原子守恒：

②根據(jù)氧原子守恒：

4a+c=4b+4c?4a=4b+3c

將a和c代入化學(xué)方程式可得：

7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4

再根據(jù)化合價變化規(guī)律：化合價下降的總數(shù)：反應(yīng)前FeS2中的化合價為-1價，其中有7個變?yōu)?2價；反應(yīng)前Cu為+2價，反應(yīng)后為+1價，所以下降總數(shù)為21.化合價上升的總數(shù)：反應(yīng)前FeS2中的化合價為-1價，其中有3個變?yōu)?6價，所以上升總數(shù)也為21.從化學(xué)方程式可以看出當(dāng)反應(yīng)有12 mol H2O參與反應(yīng)時轉(zhuǎn)移21 mol電子，所以當(dāng)反應(yīng)6 mol H2O時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為10.5 mol，即10.5NA.

題后反思本題中的關(guān)鍵信息在于把握題設(shè)中的已知條件.通過常見元素的化合價以及氧化還原反應(yīng)過程中的配平關(guān)系，以及氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒判斷得出等量關(guān)系式，進(jìn)而求解.學(xué)生在利用得失電子守恒關(guān)系求解氧化反應(yīng)類型的題目時，首先需要把握氧化劑的得電子總數(shù)以及還原劑的失電子總數(shù)，進(jìn)而列出得電子數(shù)等于失電子數(shù)的關(guān)系式，最后求解.在解決這類問題時，學(xué)生要明確求解量，方便找準(zhǔn)關(guān)系式，提高解題正確率.

4 電荷守恒

電荷關(guān)系守恒也是守恒關(guān)系中應(yīng)用較廣的一種，它主要是指在電解質(zhì)溶液中陽離子所帶的正電荷總數(shù)與陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等，這是根據(jù)溶液始終呈電中性所得出來的等量關(guān)系.這一守恒關(guān)系常見于求解溶液中，學(xué)生可以靈活把握.

題后反思本題是電荷守恒的基礎(chǔ)題，展示的守恒關(guān)系較為明顯.根據(jù)混合溶液呈電中性的原則，我們可以較快地列出溶液中正電荷數(shù)量等于溶液中負(fù)電荷數(shù)量這一等量關(guān)系式，進(jìn)而列式求解，難度較低，屬于基礎(chǔ)題型，學(xué)生需要重點掌握.

例5 把VL含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成兩等份，一份加入含amol NaOH的溶液，恰好使鎂離子完全沉淀為氫氧化鎂；另一份加入含bmol BaCl2的溶液，恰好使硫酸根離子完全沉淀為硫酸鋇.則原混合溶液中鉀離子的物質(zhì)的量濃度為( ).

分析A正確.分析題意可知，混合溶液分成兩等份時，每份溶液濃度與原溶液濃度相同，一份加氫氧化鈉溶液時發(fā)生反應(yīng)：

另一份加BaCl2的溶液有反應(yīng)：

根據(jù)電荷守恒每份中：

故每份中溶液

故原溶液中鉀離子濃度為：

A正確.

題后反思本題主要考查離子反應(yīng)中的混合溶液計算，需要根據(jù)電荷守恒計算出鉀離子的物質(zhì)的量.首先在分析題目時可以發(fā)現(xiàn)，兩等份溶液中的濃度是相等的，并且根據(jù)反應(yīng)物的不同、離子方程式的不同，所得出的生成物的物質(zhì)的量也是不同的，但可以通過電荷守恒判斷得出每份溶液中鉀離子的物質(zhì)的量，進(jìn)而根據(jù)濃度等于物質(zhì)的量除以體積計算得出鉀離子的濃度.本題屬于中檔題，需要學(xué)生根據(jù)不同的化學(xué)反應(yīng)靈活計算，學(xué)生要重點掌握.