化學解題方法和技巧之守恒法

【摘 要】利用守恒法解題的優點是基于宏觀的統攬全局的方式列式，避開復雜的運算，不去追究細枝末節，因而能使復雜的計算化繁為簡，化難為易。

【關鍵詞】化學計算 質量守恒 得失電子守恒 電荷守恒

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）13-0152-01

在化學計算題中，守恒法是一種重要的解題方法和技巧。所謂“守恒”，就是利用化學反應前后的某些量之間的等價關系，推理得到正確答案的方法。守恒法的運用可以快速地解決復雜的化學計算，從而提高解題速度和準確度。在化學中有多種守恒關系，主要包括質量守恒（原子守恒）、得失電子守恒和電荷守恒。本文就這三種守恒關系的運用逐一例解說明。

一 質量守恒

質量守恒指在任何化學反應中，其反應前后的質量總是不變的。化學反應的本質是物質的原子重新組合成新的物質，在這個過程中，原子的種類和個數沒有發生變化，因此，原子亦守恒。

例1，38.4g銅跟適量濃硝酸反應，銅全部反應后，共收集到標準狀況下氣體22.4L（忽略NO2和N2O4的相互轉化），求反應消耗的HNO3的物質的量。

分析：銅與硝酸反應，由于濃度不同，產物有NO和NO2兩種。如果通過化學方程式計算比較煩瑣，需要設多個未知數。如果利用氮原子守恒解題，將會大大減少運算步驟，加快運算速度。反應中消耗的硝酸分為兩部分，一部分仍以NO3-離子存在于溶液中，與Cu2+結合，另一部分轉化為NO和NO2氣體。

解答：消耗的硝酸n（HNO3）=n（Cu2+）×2+n（NO）+n（NO2）=38.4×2/64+22.4/22.4=2.2（mol）。

二 得失電子守恒

在氧化還原反應中，還原劑失電子的總數與氧化劑得電子的總數相等。也就是說，在化學反應前后參加反應的物質的總電子是守恒的，這一原理廣泛應用于氧化還原反應中的各類計算。

例2，足量的銅與一定量的濃硝酸反應得NO2、N2O4和NO的混合氣體，這些氣體與1.68L標況下的O2混合投入水中，所有氣體被水吸收成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5mol/L NaOH，直到銅離子恰好完全沉淀，則消耗氫氧化鈉的體積是多少？

分析：該反應過程涉及還原產物有三種，利用化學方程式無法進行運算，但根據題目條件，可以根據O2的量計算。反應過程中，HNO3首先被Cu還原成氮的氧化物，氮的氧化物后被O2氧化成HNO3，根據得失電子守恒，Cu失電子的總數與O2得電子的總數相等，可以求算出Cu的物質的量，進而求算出沉淀所需NaOH的體積。

解答：n（Cu）=2n（O2）=1.68×2/22.4=0.15mol

m[Cu（OH）2]=0.15×98=14.7g

三 電荷守恒

電荷守恒定律是物質學的基本定律之一。它指出，無論發生什么變化，其中所有的電荷的代數和永遠保持不變。電荷守恒定律表明，如果某一區域中電荷增加或減少了，那么必定有等量的電荷進入或離開該區域。在化學計算中，電荷守恒定律經常應用于溶液中的相關計算，在混物溶液中，陽離子所帶的正電荷與陰離子所帶的負電荷總數相等。

例3，由硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸組成的混合溶液中，其pH=1，c（SO42-）=0.8mol/L，c（Al3+）=0.4mol/L，則c（K+）為多少？

分析：混合溶液中，有多種陽離子，只有一種陰離子，根據電荷守恒：c（H+）+c（K+）+3c（Al3+）=2c（SO42-）

解答：c（K+）=2c（SO42-）-3c（Al3+）-c（H+）=0.3 mol/L。

在進行解題時，如何選擇并應用上述方法對于正確快速地解答題目十分關鍵。首先必須明確每種守恒法的特點，然后挖掘題目中存在的守恒關系，最后巧妙地選取方法，正確地解答題目。在涉及溶液（尤其是混合溶液）中離子的物質的量或物質的量濃度等問題時，應多考慮使用電荷守恒與質量守恒；在涉及氧化還原反應中氧化劑、還原劑得失電子及反應前后化合價等問題時，應多考慮使用得失電子守恒；在涉及多步復雜的化學過程的問題時，應多考慮使用質量守恒。

守恒法解題成功的關鍵在于從諸多變化和繁雜的數據中找到某一不變的物理量及其對應的關系，避免書寫繁瑣的化學方程式和細枝末節的干擾，提高解題的速度和準確度。

〔責任編輯：范可〕