守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用

黃震

摘 要：在高中化學計算中，許多題都蘊藏著某一方面或多個方面的“守恒”因素，據(jù)此用守恒法求解可使解題過程簡單化，從而提高化學解題速度和準確度，同時也能加深對知識的理解和運用。本文就對守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用進行深入分析和探討。

關(guān)鍵詞：高中化學 守恒法 解題 應(yīng)用

高中化學是一門實踐性和應(yīng)用性很強的學科，對學生的邏輯能力以及探究能力具有較高的要求。隨著新課程改革的不斷深入，它對高中化學教學提出了更高的要求，教師要想提高化學教學的實效性，促進學生解題能力的提升，在實際的解題過程中必須合理運用守恒法，將復(fù)雜抽象的化學知識加以分解，使其更為簡單直觀，減少運算量，提高運算結(jié)果的準確性，提高學生思考問題、分析問題和解決問題的能力，促進化學教學實效性的提升，實現(xiàn)教學的可持續(xù)發(fā)展。

一、高中化學解題中守恒法概述

自然界中的物質(zhì)處于不停運動的狀態(tài)，但卻遵守著物質(zhì)守恒定律。一般而言，守恒法是高中化學解題中的重要方式，它主要是指物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)之后，能夠利用物質(zhì)之間的內(nèi)在守恒定律，對生成物以及反應(yīng)物的質(zhì)量進行計算，能有效處理較為復(fù)雜的化學難題，提高解題的效率。在高中化學解題過程中，采用守恒法不需要對過程細節(jié)與途徑變化加以考慮，只需了解反應(yīng)物之間的聯(lián)系，簡化解題過程，提高解題的準確性。在應(yīng)用守恒法時，對于各種物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)時的變化形式，必須進行準確分析和掌握，從而對各量之間的內(nèi)在聯(lián)系加以確定。值得注意的是，在對物質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系加以分析時，可以從兩個方面加以考慮：一是對多個化學反應(yīng)關(guān)系式加以板書，并找出其中的內(nèi)在聯(lián)系；二是在解題過程中，有效貫穿某一種元素的存在形式。

二、守恒法在高中化學解題中的具體應(yīng)用分析

化學反應(yīng)一般遵循守恒定律，在高中化學解題中經(jīng)常會運用到各種不同的守恒法，如質(zhì)量守恒法、電子守恒法、元素守恒法、原子守恒法等，從而有效建立等量關(guān)系，提高解題的效率。

1.質(zhì)量守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用

化學反應(yīng)的實質(zhì)是原子間的重新組合，所以在化學反應(yīng)中存在著各種各樣的化學量“守恒”關(guān)系。質(zhì)量守恒主要是指物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)前后，其質(zhì)量總和不發(fā)生任何變化，同時溶液在稀釋和配制過程中，溶液的質(zhì)量保持不變。在高中化學解題過程中，通過物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)前后，其反應(yīng)物與生成物總量不變原則，可對相關(guān)問題進行計算。

例如，某氫氧化鉀固體中含有7.2%的碳酸鉀以及2.8%的水，將1g的該樣品放入到40ml的鹽酸中，并且鹽酸的濃度為4mol/L，同時將多余的鹽酸中和到30.8ml的氫氧化鉀溶液中，并且氫氧化鉀溶液濃度為1.07mol/L ，將中和后的溶液加熱蒸干，求出固體的質(zhì)量。

解析：如果采用傳統(tǒng)的計算方式，將會導(dǎo)致計算結(jié)果較為復(fù)雜。在該題中可以利用已知條件了解到最終固體為氯化鉀，其中氯元素來自鹽酸。通過質(zhì)量守恒定律可以得出n（HCL）= n（KCL）=4 mol/L×0.04 L=0.16 mol，所以m（KCl）= 74.5g/mol×0.16 mol=11.92g。

2.電子守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用

一般電子守恒法在高中化學知識中的應(yīng)用，多在氧化還原反應(yīng)中廣泛應(yīng)用。其主要原因是在氧化還原反應(yīng)中，電子會出現(xiàn)得失情況，得到的電子總數(shù)總是與失去的電子總數(shù)相等，得失電子總數(shù)遵循守恒定律。

例如，在濃硝酸中完全溶入鎂和銅的合金4.6g，如果硝酸發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生300ml四氧化二氮以及4000ml的二氧化氮氣體，那么在反應(yīng)后的溶液中加入足量的氫氧化鈉溶液，則生成沉淀的質(zhì)量是多少？

解析：由已知條件可以了解到，最終生成的沉淀物為氫氧化鎂以及氫氧化銅。結(jié)合電荷守恒法可知，n（OH-）=2 n（Mg+）+2 n（Cu2+），同時合金失去電子總物質(zhì)的量與鎂離子和銅離子所帶正電荷總物質(zhì)的量相等。電子轉(zhuǎn)移的總物質(zhì)量等于四氧化二氮以及二氧化氮所轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)量，其中氫氧根物質(zhì)的量為1×4L/22.4L/mol+2×0.3L/22.4L/mol=0.46mol，沉淀的質(zhì)量=氫氧根質(zhì)量+合金質(zhì)量=0.46mol×17 g/mol+4.6g=12.42g。

3.元素守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用

元素守恒法主要是指物質(zhì)在發(fā)生化學反應(yīng)過程中，其所有的化學元素種類不發(fā)生變化，僅僅只是其形式發(fā)生了變化。一般元素守恒包括離子守恒以及原子守恒，其中離子守恒是離子反應(yīng)前后，其數(shù)目不變的原理加以計算。原子守恒是結(jié)合反應(yīng)前后原子個數(shù)和種類不變的原理進行計算。在化學解題中采用元素守恒法時，不用對化學反應(yīng)式加以計算，只用對離子起始和終止反應(yīng)時的對應(yīng)關(guān)系加以了解，并通過守恒定律加以計算即可。

例如：在1L1mol/L的氫氧化鈉溶液中加入0.6mol的二氧化碳，其溶液中碳酸鈉和碳酸氫鈉物質(zhì)的量之比為多少？

解析：在對該化學題進行計算時，如果采用化學反應(yīng)方程式加以計算，則需要對兩個化學反應(yīng)方程式加以板書，并列方程式加以求解，這樣過于繁雜?？梢圆捎觅|(zhì)量守恒定律，由題可知反應(yīng)過程中碳原子和鈉離子遵循元素守恒定律。假設(shè)碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為X，碳酸鈉的物質(zhì)的量為Y，根據(jù)元素守恒法可知碳原子為X+Y=0.6mol，鈉原子為X+2Y=1 mol，解之得X=0.2 mol，Y=0.4 mol，因此X？誜Y=1？誜2。

4.原子守恒法在高中化學解題中的應(yīng)用

原子守恒法主要是指物質(zhì)在發(fā)生化學反應(yīng)前后，其各個元素之間的原子個數(shù)保持不變，并且物質(zhì)的量也不變。

例如：在一定量的水中放入過氧化鈉和1.05g鋁的混合物，使其進行充分反應(yīng)，反應(yīng)之后沒有剩余的固體，然后在該液體中加入50ml1mol·L-1的鹽酸，這可使反應(yīng)過程中產(chǎn)生的沉淀消失。請分別求出原混合物中鋁的質(zhì)量和過氧化鈉的質(zhì)量。

解析：由已知條件可知，題目涉及的相關(guān)化學反應(yīng)式為：2H2O+2Na2O2=O2+4NaOH，2H2O+2NaOH+2Al=3H3+2NaAlO2，H2O+HCl+NaAlO2=NaCl+Al（OH）3，3HCl +Al（OH）3=3H2O+AlCl3。最終溶液中包含有AlCl3以及NaCl，假設(shè)NaCl的物質(zhì)的量為X mol ，AlCl3的物質(zhì)的量為Y mol，則Al物質(zhì)的量為y mol，Na2O2物質(zhì)的量為x/2 mol。所以1/2×78+27y=1.05，x+3y=0.05，解之得x=0.02mol，y=0.01mol，所以氧化鈉的質(zhì)量為0.27g，鋁的質(zhì)量為0.78g。

綜上所述，在高中化學解題中充分應(yīng)用守恒法，能夠?qū)?fù)雜抽象的化學知識變得更為直觀簡單，簡化求解過程，提高化學教學的實效性。一般將守恒法應(yīng)用在高中化學解題中，能夠激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生主觀能動性，培養(yǎng)學生分析問題和解題的能力，促進高中化學教學的高效。◆（作者單位：江西省贛縣中學北校區(qū)）

□責任編輯：潘中原