高中化學(xué)解題中“守恒法”的有效應(yīng)用

摘 要：在高中化學(xué)解題的過程中，最常用的方法就是守恒法.正是守恒法的應(yīng)用，將很多問題變得簡(jiǎn)單化.守恒法

主要是化學(xué)反應(yīng)前后生成物和反應(yīng)物之間存在守恒關(guān)系，可以將物質(zhì)的量精準(zhǔn)地計(jì)算出來.文章?lián)私榻B了“守恒法”的類型及其在解題中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：守恒法；質(zhì)量守恒；物料守恒；電子守恒；元素守恒；高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）28-0130-03

收稿日期：2023-07-05

作者簡(jiǎn)介：王琳（1984.4-），女，甘肅省隴南人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

在高考中，守恒法是一個(gè)非常重要的考點(diǎn)，所以在日常學(xué)習(xí)中，一定要對(duì)守恒法牢牢掌握，把問題的步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單化，這樣可以對(duì)解題效率和準(zhǔn)確度有所提高.

1 質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒就是依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量并不會(huì)發(fā)生變化這一條件而對(duì)問題進(jìn)行解答.在高中化學(xué)解題過程中質(zhì)量守恒是?？嫉膬?nèi)容.因此，教師需要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中掌握這種解題方法.

例1 將一定的固態(tài)氫氧化鉀放置在空氣中，經(jīng)過檢測(cè)，可以知道固態(tài)氫氧化鉀當(dāng)中含有2.8%的水和7.2%的碳酸鉀.對(duì)此固態(tài)氫氧化鉀取出1 g的樣品，并將其加入到50 mL 3 mol/L的鹽酸里面，同時(shí)，對(duì)多余的鹽酸用30.8 mL 1.07 mol/L的氫氧化鉀溶液進(jìn)行中和，最后進(jìn)行加熱和蒸干，能夠得到的固體的質(zhì)量是（）.

A.8.45 g B.4.5 g C.6 g D.11.175 g

解析 對(duì)于這道題一般的計(jì)算解題來說，雖說可以獲得答案，但是它的計(jì)算過程會(huì)相對(duì)麻煩，很容易出錯(cuò).如果對(duì)已知條件進(jìn)行分析，可以知道最后獲得到的固體是氯化鉀，并且氯化鉀中的氯元素的獲取途徑只有鹽酸.所以，對(duì)氯元素進(jìn)行質(zhì)量守恒計(jì)算：n（KCl）=n（HCl）=0.05L×3 mol/L=0.15 mol，從而得到m（KCl）=0.15 mol×74.5 g/mol=11.175 g^[1]，所以選項(xiàng)D正確.

在學(xué)生看見題目的那一刻，就應(yīng)該會(huì)想到這道題會(huì)用到質(zhì)量守恒的方式去解決，要對(duì)題目中的已知條件進(jìn)行分析，找到題目中的突破口，確定參加化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量總和是一樣的^[2].這樣求解的過程就變得簡(jiǎn)單化了，只需要對(duì)反應(yīng)物是什么、生成物是什么以及生成物的質(zhì)量為多少進(jìn)行分析.

2 物料守恒

所謂物料守恒，實(shí)質(zhì)上它就是一種物質(zhì)守恒，對(duì)宏觀和微觀來說，也有著兩種看法，前者就是指質(zhì)量守恒，而后者則主要指元素守恒.在實(shí)際解決問題時(shí)，通過物料守恒的方法能夠最大程度地化簡(jiǎn)題意.

在解決問題時(shí)，就可以利用這種方法去回答，從而簡(jiǎn)化做題的難度，讓學(xué)生能夠提高計(jì)算速度和準(zhǔn)確率，但是要注意的是需要正確和熟練地運(yùn)用合適的方法.

例2 在a L Al₂（SO₄）₃和（NH₄）₂SO₄的混合溶液中加入b mol BaCl₂，能夠?qū)⑷芤寒?dāng)中的硫酸根離子充分地進(jìn)行沉淀，如果加入了過量的強(qiáng)堿并且處于加熱的狀態(tài)下，可以獲得c mol NH₃，那么原溶液中的Al³⁺的濃度（mol·L^-1）為（）.

學(xué)生在運(yùn)用守恒法進(jìn)行高中化學(xué)解題時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)，簡(jiǎn)化解題計(jì)算，提高學(xué)生的解題效率.高中化學(xué)在整合的過程中，不少知識(shí)點(diǎn)比較的零散，守恒法就可以將各個(gè)部分的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來，建立獨(dú)立性，保持內(nèi)容的整體性.

3 電子守恒

帶電的粒子可以分為陰陽(yáng)離子和電子.在晶體或者溶液中，無論離子數(shù)量的多少，晶體或是溶液總是顯中性，也就是說陰陽(yáng)離子帶有電荷的總數(shù)是相等的.在解答中采用電子守恒法這種方式的題目有很多，這主要是由于在氧化還原反應(yīng)的過程中，隨著電子的不斷得失，得到的電子數(shù)目和失去的電子數(shù)目總量相等，所以得失電子的總數(shù)都遵守著守恒定律.

例3 把濃度為0.1 mol/L的50 mL羥氨酸性溶液與足夠的硫酸鐵在加熱沸騰條件下充分地進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生的2價(jià)鐵離子能夠與0.04 mol/L的50 mL高錳酸鉀溶液發(fā)生充分地反應(yīng).在這個(gè)反應(yīng)中，羥氨氧化后會(huì)得到的產(chǎn)物是 （）.

A.NO B.NO₂C.N₂O D.N₂150

解析 反應(yīng)當(dāng)中的羥氨被3價(jià)鐵離子所氧化，而2價(jià)的鐵離子又被高錳酸鉀溶液給氧化了，由此可以分析得到，羥氨所失去的電子被高錳酸鉀全部得到了.所以就能夠得到羥氨酸中的N的化合價(jià)為-1價(jià)，那如果羥氨氧化后得到的物體N的化合價(jià)為Y價(jià)，根據(jù)電子守恒定律：[Y-（-1）]×50×10^-3L×0.10 mol/L=（7-2）×50×10^-3L×0.04 mol/L.通過計(jì)算求得Y=1.所以題中A、B、D選項(xiàng)的N都不是+1價(jià)，所以該例題的答案為C.

化學(xué)當(dāng)中的守恒關(guān)系中，電子守恒是非常常見的，與其他守恒關(guān)系的區(qū)別就是，電子守恒需要同時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，且電子的得與失始終是一個(gè)相等的狀態(tài)，所以在此基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以運(yùn)用電子守恒定律去解決問題.

4 元素守恒

在化學(xué)反應(yīng)中元素的種類不會(huì)發(fā)生變化，改變的只是化學(xué)元素的存在方式，學(xué)生完全可以根據(jù)元素守恒這個(gè)方法回答問題.對(duì)于元素守恒來說，它實(shí)際上就是對(duì)于一個(gè)完整的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中，反應(yīng)物與生成物之間的化學(xué)元素種類沒有發(fā)生變化，只不過是元素組成了新的物質(zhì).所以，學(xué)生就可以基于這個(gè)特點(diǎn)，通過元素守恒定律的方法去回答問題，從而能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和做題準(zhǔn)確率.

例4 將4.2 g的鋁與過氧化鈉充分的混合在一起，并且將其放置在水中，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)完成后，并且所有的固體均反應(yīng)完全后，在往溶液里加入濃度為4 mol/L的100 mL鹽酸，從而將原本反應(yīng)中的沉淀完全溶解，問：在原來的混合物當(dāng)中，鋁和過氧化鈉的質(zhì)量分別是多少？

解析 對(duì)于這道例題來說，根據(jù)題意可以了解到整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程非常復(fù)雜，如果仍使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行求解，那么整個(gè)過程會(huì)十分復(fù)雜，并且很容易計(jì)算錯(cuò)誤.在元素守恒定律下，對(duì)于這道題來說就會(huì)非常簡(jiǎn)潔，比如說，假設(shè)過氧化鈉的物質(zhì)的量是Y mol，鋁的物質(zhì)的量是X mol，所以就可以得到下面這個(gè)式子：78 g/mol×Y＋27 g/mol×X=4.2 g，同時(shí)，在基于鋁元素和氯元素以及鈉元素結(jié)合元素守恒定律得到：Na₂O₂-2NaCl，Al-AlCl₃，2Y+3X=4 mol/L×0.1 L把上述兩個(gè)式子進(jìn)行結(jié)合，可以得到：Y=0.01 mol；X=0.062 mol；m（Na₂O₂）=0.78 g；m（Al）=1.674 g.綜上所述，可以得到原本混合物中的過氧化鈉為0.78 g，鋁的質(zhì)量為

1.674 g.

例5 將1.6 g的可燃物充分放置到氧氣中進(jìn)行燃燒，在燃燒停止后一共生成了3.6 g的水和4.4 g的二氧化碳，下列對(duì)可燃物的判斷正確的是（ ）.

①其中一定包含了O和H；

②里面一定沒有O；

③里面可能含有O；

④里面一定有O；

⑤分子中H和C的原子之比為2∶1；

⑥分子中H和C的原子之比為4∶1.

A.①③⑥B.①②⑥

C.①④⑤D.①②⑤

解析 在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，因?yàn)樵赢?dāng)中的質(zhì)量、種類和數(shù)目都是保持不變的，只要生成水就必定有H，只要生成二氧化碳就必定有C，所以①正確.已知碳元素質(zhì)量為1.2 g，氫元素質(zhì)量為0.4 g，所以可以得到下列式子：mH+mC=0.4 g+1.2 g=1.6 g，所以沒有O，因此②正確.對(duì)于分子當(dāng)中H和C的原子數(shù)之比，元素質(zhì)量除以元素相對(duì)原子質(zhì)量就能夠得到原子的個(gè)數(shù)，所以⑥正確.綜上所述，正確答案是B.

對(duì)于這種守恒法來說，就是在反應(yīng)前后元素的種類不會(huì)改變，所以基于這個(gè)知識(shí)內(nèi)容，在實(shí)際做題中，學(xué)生就需要考慮反應(yīng)前后元素的種類，然后在結(jié)合具體的要求，使用元素守恒定律正確地解決問題.

綜上所述，守恒法在化學(xué)解題中得到廣泛使用，將守恒法引入到高中化學(xué)解題課堂中，這樣既能夠減小化學(xué)題計(jì)算的難度，又可以讓學(xué)生的做題正確率和效率得到進(jìn)一步的提高^[3].因此，在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)審題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)題目中的關(guān)鍵信息，鍛煉學(xué)生的解題技能，創(chuàng)新學(xué)生的解題思維，拓寬學(xué)生的解題思路，從而提高學(xué)生的解題效率.

參考文獻(xiàn)：

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[3] 邢曉峰，馬穎麗.淺談高中化學(xué)守恒法的應(yīng)用[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（20）：54.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]