基于守恒思想的化學問題的解決策略

成 果

(南通市第一初級中學,江蘇 南通 226004)

守恒思想是學生認識化學、學習化學時的基本觀念之一.顧名思義,守恒就是物質在發(fā)生變化時,或者兩種物質在發(fā)生作用時,某物理量保持不變.在化學學習中,守恒思想是化學變化過程中永恒的主題,主要包括:化學反應前后物質總質量的守恒現(xiàn)象、電解質溶液中陰離子和陽離子帶電總數(shù)相平衡、氧化還原反應中得失電子的總量守恒等.守恒思想不僅僅是學生學好化學的重要思想,也是解決化學問題的重要思想.在解題實踐中,學生唯有深刻理解這一化學思想,才能輕松化解各種難題,不斷提升初中生的化學解題能力.

1 守恒思想在初中化學解題中的應用

1.1 質量守恒與化學解題

質量守恒是初中化學守恒思想中最為重要的組成,主要是指化學反應過程中,反應物和生成物之間的總體質量不會發(fā)生改變,依然是相等的.在解答化學問題時,利用這一守恒思想可對某種物質的組成元素、化學式進行推斷,還可以基于參與反應的化學元素種類,推斷其反應之后的物質組成.

例1將3.0 g的物質放在氧氣中進行充分燃燒,經(jīng)實驗檢測得出生成二氧化碳8.8 g、水5.4 g,那么該物質一共含有哪些元素?

解析在解答本題目時,關鍵在通過守恒思想對化學反應前后元素守恒進行判斷.在本題目中,經(jīng)過化學反應之后生成了二氧化碳和水,即:化學反應之后生成的物質元素主要有C、H、O三種.根據(jù)守恒思想得出,在化學反應之前,由于氧氣中含有氧元素,因此參與化學反應的物質中必然含有C、H兩種元素,也可能含有O元素.

例2 某學生取26 g的氯化鋇溶液,將其置于試管中,向其中滴加了未知量分數(shù)的稀硫酸溶液24.5 g,經(jīng)充分化學反應之后,共得到沉淀物23.3 g,則化學反應之后溶液中溶質的質量分數(shù)為多少?

根據(jù)題目得知:

假設生成物質HCl的質量為x,則有233∶73=23.3 g∶x,計算得出x=7.3 g.

根據(jù)質量守恒思想得出,化學反應之后溶液的中質量=化學反應前各個物質的總質量-沉淀質量,即:26.5 g+24.5 g-23.3 g=27.7 g.

因此,所求的溶質質量分數(shù)為:

離散事件動態(tài)系統(tǒng)（Discrete Event Dynamic System，DEDS）是指系統(tǒng)的狀態(tài)由于某種事件的驅動而在一些不確定的離散時間點上發(fā)生變化，它是控制系統(tǒng)分析、設計和大型復雜信息處理的重要理論基礎。由于其內部機制的復雜性和狀態(tài)空間缺乏易操作的運算結構等特點，使得它無法用常規(guī)的數(shù)學方法來研究，所以計算機仿真實驗就成了最為實用的方法之一。現(xiàn)階段離散事件動態(tài)系統(tǒng)的研究目標是運用理論方法結合各種模型，全面反映離散事件動態(tài)系統(tǒng)的特性并給出針對實際問題的行之有效的解決方法。

7.3 g/27.7 g×100%=26.4 %

1.2 原子守恒與化學解題

原子守恒是初中化學守恒思想的重要組成,主要是指化學變化前后,原子的數(shù)目、種類、質量之間并未發(fā)生改變.同時,原子守恒還是解決化學問題的重要手段,通過這一守恒思想和定律,可對化學方程式進行配平,或者確定物質化學式,也可基于化學反應前后原子個數(shù)不變的條件,對未知物質的原子個數(shù)比將該物質化學式推斷出來.

例3 完成下列化學方程式:

3____+3K2SO4+3H2O

解析針對這一題目,只要利用原子守恒思想,即可根據(jù)化學反應前后元素種類守恒的定理,輕松將其推斷出來.在本題目中,由于反應之前含有5種元素,即:K、I、H、S、O,化學反應之后則含有4種化學元素,即:K、H、S、O;同時,從化學反應前后原子的個數(shù)上來說,化學反應之前I的原子個數(shù)為6,反應后系數(shù)為3,因此化學反應中未知物質為I2,即:

3I2+3K2SO4+3H2O[2]

例4 在一個密封的容器中,盛有四種物質,分別為甲、乙、丙、丁.這四種化學物質在一定的條件下,經(jīng)過了充分地化學反應.化學反應前后,這四種物質的質量見表1.求:

表1 反應前后物質質量表

(1)x為多少?

(2)如果物質甲和物質丙相對應的分子量比為8∶16,則物質甲和物質丙化學計量系數(shù)比為多少?

(3)已知該化學反應的化學方程式為:

且甲的化學式為A2,丙的化學式為B2C2,則丁的化學式為什么?

(2)在這一問題中,根據(jù)守恒思想,假設物質甲、丙、丁的化學計量系數(shù)為x、y、z,則物質甲、物質丙的變化量分別為4、16 g,則有:

即:8x∶16y=4 g∶16 g,則x∶y=1∶2

(3)針對這一問題,可利用原子守恒的思想進行推斷.在化學反應之前,存在A、B、C三種元素,則化學反應之后也必然存在這三種元素.同時,化學反應之前,元素A中含有2個原子,元素B中含有4個原子,元素C中含有4個原子.根據(jù)原子守恒思想得知,化學反應之后原子數(shù)目應保持不變,因為元素丁之前的系數(shù)為2,則可推斷出物質丁的化學式為AB2C2,或者A(BC)2[3].

1.3 電荷守恒與化學解題

電荷守恒也是初中化學守恒思想的重要組成,且這一類問題常常出現(xiàn)在溶液中.因為在各類化學溶液中,存在大量的肉眼不可見的離子,且這些離子絕大多數(shù)都屬于陰陽離子.在這些離子中,陰陽離子的數(shù)量不一定相等,但是陰陽離子所帶的正電荷、負電荷總數(shù)卻是相等的.鑒于此,通過電荷守恒思想可有效解答化學溶液離子比例類型的題目中.

2 基于化學守恒思想解題教學啟示與解題注意事項

2.1 教學啟示

化學守恒思想雖然在教材上占據(jù)的篇幅比較少,但是該化學思想?yún)s在解題中發(fā)揮著十分重要的價值.鑒于此,初中化學教師在日常教學中,應立足于守恒思想的內涵,優(yōu)化課堂教學方案,促使學生在日常學習中逐漸掌握這一解題技能.一方面,堅持循序漸進的原則,引導學生完成化學守恒思想的深度理解,并借助從簡到難的訓練中,逐漸掌握守恒思想解題的技巧;另一方面,還應精心挑選經(jīng)典的習題,為學生進行精講,使其在掌握守恒思想解題技能的同時,形成運用守恒思想解題的意識.同時,還應在教學中,有意識地帶領學生進行分類、歸納,使其真正掌握守恒思想的內涵.

2.2 注意事項

守恒思想在初中化學解題中,雖然具備十分廣泛的應用,但也存在一定的應用范圍.學生在運用守恒思想解題時,還應注意以下三個問題.

第一,明確守恒思想的應用范圍和條件.化學守恒思想具備一定的適應條件,切忌忽視題目條件,隨意應用到任何題目中.甚至部分學生由于對其理解不夠深刻,隨意引申到分子數(shù)守恒、體積守恒等,進而錯誤運用到相關題目中.鑒于此,在日常教學中,應加深理論知識教學,使學生明確守恒思想的適用條件,避免學生出現(xiàn)錯用、亂用的現(xiàn)象.

第二,明確化學物質反應前后變化,關注化學反應前提.在運用守恒思想解答問題之前,必須要對題目進行認真分析,結合化學反應前后物質的變化和反應前提,思考是否可以運用這一思想進行解題.例如,氫氣和氧氣沒有完全反應的題目中,如果學生忽視前提條件,肆意運用質量守恒思想,就會導致解題錯誤.

第三,注意化學反應中是否存在氣體逸出的現(xiàn)象.在一些化學反應中,不僅僅會產生新的物質,還會產生一定的氣體.鑒于此,在運用守恒思想解題時,如果忽視了化學反應中所產生氣體的質量,也會產生錯誤.

第四,化學守恒思想存在于化學反應中,而在部分化學題目中,不僅僅包括化學反應,還存在一定的物理變化.因此,學生在應用該思想解答問題時,必須要展開系統(tǒng)化的分析,做出精準地判斷方可應用[5].

綜上所述,守恒思想是化學學科的基本思想觀念,也是解答常見化學問題的重要途徑,通過質量守恒、原子守恒和電荷守恒,可幫助學生打開相關題目的解題思路,輕松化解相關難題.鑒于此,化學教師在日常教學中,不僅僅要加強理論知識教學,還應傳授解題技能和方法,真正提升學生的化學解題能力.