基于守恒觀的初中化學(xué)教學(xué)技巧探析

丁美玲

摘? 要：在自然界的變化過(guò)程中，物質(zhì)既不會(huì)被毀滅，也不會(huì)被創(chuàng)造，這是物質(zhì)守恒思想的基本觀點(diǎn)。在初中化學(xué)教學(xué)中，質(zhì)量守恒定律是非常重要的內(nèi)容。教師應(yīng)以守恒觀為主題思想，將其貫穿于整個(gè)中學(xué)的化學(xué)教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生從不同的角度深刻理解守恒觀，從而掌握通過(guò)守恒思想快速解題的方法和技巧。

關(guān)鍵詞：守恒觀;化學(xué)教學(xué);解題技巧

一、化學(xué)學(xué)科守恒觀是中國(guó)古代守恒觀的繼承與發(fā)展

守恒觀是我國(guó)古代先賢在對(duì)自然的觀察與思考的基礎(chǔ)上提出的?！赌?jīng)》說(shuō)：“可無(wú)也，有之而不可去，說(shuō)在嘗然。”《管子》一書里也說(shuō)道：“天地莫之能損也。”晉代的《列子》更進(jìn)一步表明“物損于彼者盈于此”“成于此者虧于彼”，這個(gè)觀點(diǎn)已經(jīng)非常接近化學(xué)變化中物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律了。明末清初的思想家王夫之在《張子正蒙注·太和篇》中，全面論述了物質(zhì)守恒的思想，又舉例加以解釋、說(shuō)明：

第一，“車薪之火，一烈已盡，而為焰，為煙，為燼;木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見耳”，這是燃燒現(xiàn)象。

第二，“甄之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸;若盒蓋嚴(yán)密，則郁而不散”，這是水受熱變?yōu)檎魵獾默F(xiàn)象。

第三，“汞見火則飛，不知何往，而究歸于地”，這是水銀受熱變?yōu)樗y蒸氣的現(xiàn)象;“汞受火煎，無(wú)以復(fù)之，則散而無(wú)有;蓋覆其上，遂成朱粉”，這是水銀蒸氣與氧氣反應(yīng)的現(xiàn)象。

第四，“油薪燕于空曠，煙散而無(wú)纖埃;密室閉窒，乃有煤墨”，這是松油的燃燒現(xiàn)象。

在上述例子中，既有化學(xué)變化，也有物理變化。這說(shuō)明我國(guó)當(dāng)時(shí)的物質(zhì)守恒思想已達(dá)到與近代科學(xué)認(rèn)識(shí)相同的水平，比西方國(guó)家早了100多年。在教學(xué)過(guò)程中，教師適當(dāng)講述中國(guó)古代物質(zhì)守恒思想的發(fā)展過(guò)程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)科學(xué)研究中觀察方法的重要性。隨著近代科學(xué)的發(fā)展，物質(zhì)守恒思想進(jìn)一步得到發(fā)展和演化，如元素守恒、質(zhì)量守恒、電荷守恒、電子守恒、物料守恒和能量守恒等相繼被提出。

原子是化學(xué)變化中的最小粒子?；瘜W(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是反應(yīng)物的分子分裂為原子，原子再重新組合，轉(zhuǎn)變成生成物的分子及生成物的過(guò)程。在化學(xué)反應(yīng)的前后，原子的種類沒(méi)有改變、數(shù)量沒(méi)有增減、相對(duì)質(zhì)量也沒(méi)有改變，這是物質(zhì)不滅、物質(zhì)守恒的根本原因。因此在化學(xué)變化中，如果原子的類別及數(shù)量守恒，則元素的種類、質(zhì)量守恒。

元素守恒是指化學(xué)反應(yīng)前后的元素種類不變，且同種元素在反應(yīng)前后的質(zhì)量不變。即反應(yīng)前的物質(zhì)中有哪些元素，反應(yīng)后的物質(zhì)中也含有同樣的元素，而不會(huì)出現(xiàn)新的元素種類;反應(yīng)前、后，同種元素的質(zhì)量不變。如果該元素在反應(yīng)后分散到幾種物質(zhì)中，則這幾種物質(zhì)中該元素的質(zhì)量之和也與反應(yīng)前該元素的質(zhì)量相同。同理，如果該元素存在于反應(yīng)前的多種物質(zhì)中，則該元素在反應(yīng)前的質(zhì)量之和也與反應(yīng)后該元素的質(zhì)量之和守恒。

質(zhì)量守恒在化學(xué)的變化中是指，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量之和與反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量之和守恒。當(dāng)然，反應(yīng)前所有物質(zhì)的總質(zhì)量（含未參加反應(yīng)的反應(yīng)物、雜質(zhì)、所有參加反應(yīng)的反應(yīng)物等）與反應(yīng)后所有物質(zhì)的總質(zhì)量（含剩余的反應(yīng)物，以及產(chǎn)生的沉淀、氣體、雜質(zhì)等）也守恒。此外，在稀釋或濃縮（如蒸發(fā)溶劑類）前后，溶質(zhì)的質(zhì)量守恒：在溶液（一般以水為溶劑）稀釋中，由于加入了水，導(dǎo)致溶劑、溶液的質(zhì)量變大，但溶質(zhì)的質(zhì)量是不變的。同理，溶液的濃縮是由于水量的減少導(dǎo)致溶劑質(zhì)、溶液質(zhì)量變小，但溶質(zhì)的質(zhì)量在濃縮前后不變。如果是幾種溶液混合，則混合前各溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量之和與混合后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量守恒，而不會(huì)出現(xiàn)溶質(zhì)質(zhì)量隨意增加或丟失的情況。

電荷守恒是指溶液中所有陽(yáng)離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等，這是由溶液的電中性決定的。

電子守恒是指在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子的總數(shù)等于還原劑失電子的總數(shù)。電子既不會(huì)無(wú)緣無(wú)故地產(chǎn)生，也不會(huì)無(wú)緣無(wú)故地消失，只會(huì)在不同的物質(zhì)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此電子是守恒的。

物料守恒是物質(zhì)守恒定律在溶液中的體現(xiàn)，是指溶液中某一組的原始濃度應(yīng)該等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和。例如，在某溶液中，某些離子能夠水解，離子的種類可能增多，但某些主要原子的總數(shù)總是守恒的。

能量?jī)?chǔ)存于物質(zhì)中。在化學(xué)變化中，新的物質(zhì)產(chǎn)生，舊的物質(zhì)消失，同時(shí)伴隨發(fā)光、放熱等。化學(xué)變化過(guò)程中伴隨的能量變化與維持反應(yīng)，所吸收或放出的能量總是相等的，這就是化學(xué)變化中的能量守恒。

初中化學(xué)的質(zhì)量守恒定律在知識(shí)層面，屬于教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，有不同的表達(dá)形式，在各類解題中頻繁出現(xiàn)。教師在教學(xué)過(guò)程中，要抓住物質(zhì)守恒的這條主線，在不同的知識(shí)單元中進(jìn)行不同的演化，幫助學(xué)生從多角度充分地理解與掌握守恒觀，以達(dá)到快速掌握知識(shí)的目的。

二、基于守恒觀的初中化學(xué)教學(xué)技巧

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和終身成長(zhǎng)所必備的關(guān)鍵品格和能力。在初中化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的五大核心素養(yǎng)，能夠提升課堂教學(xué)效果。其中核心素養(yǎng)之一是樹立變化的觀念與平衡的思想。而平衡思想中的守恒觀，又是解決初中化學(xué)問(wèn)題一種極其重要的方法和技巧，不僅適用于化學(xué)變化中的質(zhì)量守恒，還適用于其他變化，如溶液的稀釋（或濃縮）、溶液中的電荷守恒等。

在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用守恒觀透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，抓住有關(guān)化學(xué)變化的始態(tài)與終態(tài)，利用其中的某種不變量建立等量關(guān)系，可以化繁為簡(jiǎn)、快速解題，同時(shí)能更好地培養(yǎng)學(xué)生的量化思維能力。為更好地利用守恒觀快速地找出題目中隱藏的等量關(guān)系，則要求教師結(jié)合多種題型，將守恒的變化形式一一導(dǎo)出。淺談幾種運(yùn)用守恒法解題的基本類型及技巧：

（一）定性判斷物質(zhì)的元素組成和化學(xué)式

例1：某有機(jī)化合物完全燃燒，消耗氧氣9.6g，生成二氧化碳8.8g和水5.4g，該物質(zhì)中含有__________元素。

分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，參加化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物中的元素種類和生成物的元素種類相同，可知該物質(zhì)中一定含有碳、氫元素。至于是否含有氧元素，則通過(guò)計(jì)算判斷：8.8g二氧化碳中的含氧量是6.4g，5.4g水中的含氧量是4.8g，二者之和為11.2g，大于參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量9.6g，由反應(yīng)前后氧元素的質(zhì)量守恒可知，該物質(zhì)中必然含有氧元素。此題的正確答案為：碳、氫、氧。

例2：在反應(yīng)4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+X+3H2O中，X的化學(xué)式為（? ）。

A. NH3? ? B. NH4NO3? ? C. NO? ? D. NO2

分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式的定義可知，X的化學(xué)式中應(yīng)含Zn原子的個(gè)數(shù)為：4-4=0，應(yīng)含有H原子的個(gè)數(shù)為：10-2×3=4，應(yīng)含有N原子的個(gè)數(shù)為：10-4×2=2，應(yīng)含有O原子的個(gè)數(shù)為：10×3-2×3×4-3=3。故X的化學(xué)式為：N2H4O3，即NH4NO3，答案選B。此題就是利用了化學(xué)反應(yīng)前后同種元素的原子個(gè)數(shù)守恒，從而判斷出物質(zhì)的化學(xué)式，也是質(zhì)量守恒定律的?？碱}型。

（二）定量計(jì)算中的質(zhì)量守恒

1. 化學(xué)反應(yīng)中的元素守恒和物質(zhì)守恒

例3：將37.2g某種天然氣水合物CH4·xH2O與一定量的氧氣在密閉容器中用電火花引燃，反應(yīng)后的二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣的混合氣體總質(zhì)量為53.2g，冷卻至室溫，剩余氣體的質(zhì)量為10.0g。下列說(shuō)法中，正確的是（? ）。

A. x=8。

B. 上述反應(yīng)消耗氧氣的質(zhì)量為26.0g。

C. 該天然氣水合物中，碳、氫元素的原子個(gè)數(shù)比為1∶18。

D. 要使上述37.2g天然氣的水合物充分燃燒，至少需要19.2g氧氣。

分析：此題就是充分運(yùn)用了質(zhì)量守恒解決問(wèn)題。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，參加反應(yīng)的天然氣水合物和氧氣的質(zhì)量之和等于生成物的質(zhì)量之和，故參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量為53.2g-37.2g=16.0g，則B項(xiàng)錯(cuò)誤，這是從物質(zhì)質(zhì)量守恒的角度解題。要解決A項(xiàng)和C項(xiàng)，則需要挖掘其中的等量關(guān)系，即氫元素的質(zhì)量在反應(yīng)前后不變：根據(jù)37.2g天然氣水合物中氫元素的質(zhì)量與生成水（53.2g-10.0g =43.2g）中的氫元素質(zhì)量相等，列方程即可解得x值為6，同時(shí)天然氣水合物中碳?xì)湓拥膫€(gè)數(shù)之比為1∶16，故A項(xiàng)和C項(xiàng)均錯(cuò)誤，由此可知正確答案為D。這是從反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒的角度解題。本題是將元素的質(zhì)量守恒和物質(zhì)的質(zhì)量守恒進(jìn)行綜合運(yùn)用的典型。

2. 用元素守恒代替化學(xué)方程式的計(jì)算，來(lái)簡(jiǎn)化解題過(guò)程

例4：工業(yè)上，常用一氧化碳還原鐵礦石中的氧化鐵。如果要生產(chǎn)含雜質(zhì)4%的生鐵5.6t，則需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石多少t？

分析：此題可以根據(jù)化學(xué)方程式中的氧化鐵和鐵的質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行求解，也可以根據(jù)反應(yīng)前后鐵元素質(zhì)量守恒，即5.6t生鐵中的含鐵量與赤鐵礦中的含鐵量相等，列方程求解。相比傳統(tǒng)的根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算的煩瑣過(guò)程，以元素守恒直接列一個(gè)方程式的解題方法更直觀、易懂，也有助于學(xué)生在大腦中建立起量化的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的快速解決問(wèn)題能力。

3. 溶液（以水為溶劑）中稀釋（或蒸發(fā)溶劑濃縮）前后的溶質(zhì)質(zhì)量守恒

例5：某化學(xué)興趣小組欲配制49g，20%的稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室為他們提供了98%的濃硫酸。通過(guò)計(jì)算，他們需要的98%的濃硫酸的質(zhì)量是多少g？

分析：此題屬于溶液的稀釋問(wèn)題，并沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但仍可以根據(jù)稀釋前后，只是溶劑和溶液的量在發(fā)生變化，而溶質(zhì)的質(zhì)量保持不變來(lái)列方程，由49g×20%=x98%，即可求出濃硫酸的質(zhì)量x值。通過(guò)蒸發(fā)溶劑濃縮溶液也可以用同樣的方法解決。由此可見，守恒觀不僅適用于化學(xué)反應(yīng)中的等量關(guān)系，還適用于有關(guān)溶液稀釋或濃縮問(wèn)題的計(jì)算。

4. 根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量守恒，用差量法解題（這里的“差量”指質(zhì)量之差）

（1）非溶液中的反應(yīng)

例6：反應(yīng)前后的固體差量是產(chǎn)生氣體的質(zhì)量或某元素的質(zhì)量。例如，某小組利用高錳酸鉀160g制取氧氣，一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)試管中剩余的固體共150.4g，請(qǐng)問(wèn)生成的氧氣質(zhì)量是多少？參加反應(yīng)的高錳酸鉀質(zhì)量是多少？

分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，參加反應(yīng)的高錳酸鉀質(zhì)量等于剩余固體和氧氣的質(zhì)量之和，即可求出氧氣的質(zhì)量為160g-150.4g=9.6g。再由氧氣的質(zhì)量結(jié)合化學(xué)方程式，可以計(jì)算出參加反應(yīng)的高錳酸鉀的質(zhì)量。

在實(shí)驗(yàn)探究題中，常涉及反應(yīng)前后固體的差量是某元素的質(zhì)量，如一氧化碳還原氧化銅或氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)前后固體的差量，即為氧化銅或氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，進(jìn)而根據(jù)化學(xué)方程式再計(jì)算其他量。

（2）溶液中的反應(yīng)

例7：某溶液中，有Mg2+、SO42-、Cl-、Na+幾種離子，Na+、 Mg2+、SO42-的比例為4∶5∶8，如果Na+的個(gè)數(shù)是4n個(gè)，那么Cl-的個(gè)數(shù)可能是（）。

A. 5n? ? B. 2n? ? C. 6n? ? D.8n

分析：溶液整體為電中性，因此陽(yáng)離子所帶的正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)，根據(jù)電荷守恒列出等式，就可得出結(jié)果。答案選B。

5. 粒子守恒（實(shí)質(zhì)仍是元素的質(zhì)量守恒）

在一系列反應(yīng)過(guò)程中追蹤某種粒子的去向，根據(jù)粒子個(gè)數(shù)不變（即守恒）建立聯(lián)系。

例8：有一變質(zhì)KOH樣品，含H2O 7.62%、K2CO3 2.38%、KOH 90%。取w克該樣品，加入98g、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的稀硫酸中，完全反應(yīng)后，所得溶液蒸干后，可得固體多少g？

分析：由題意可知，反應(yīng)后所得的溶液中，溶質(zhì)只有K2SO4，蒸干后所得的固體即為K2SO4。無(wú)論K2SO4來(lái)自哪個(gè)反應(yīng)，都一定要消耗H2SO4，且稀硫酸中的SO42-全部變成K2SO4。根據(jù)SO42-質(zhì)量守恒建立等量關(guān)系，即硫酸中SO42-的質(zhì)量與K2SO4中SO42-的質(zhì)量相等，答案即解。

三、結(jié)語(yǔ)

守恒思想在化學(xué)解題中起到了重要的作用，是化學(xué)學(xué)科中的重要思想，也是化學(xué)解題中的常用方法和技巧。守恒觀在初中化學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生量化思維能力的過(guò)程。

學(xué)生在利用守恒觀解題時(shí)，應(yīng)明確每一種守恒法的特點(diǎn)，分析并找出題目中隱含的某種等量關(guān)系，以巧妙解題。教師在教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)教會(huì)學(xué)生從不同的角度剖析不變量，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中充分理解“守恒”的含義，從而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

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（責(zé)任編輯：鄭? 暢）