高中化學(xué)守恒思想的應(yīng)用

【摘要】守恒思想是高中化學(xué)最重要的思想，如何認(rèn)識守恒思想，如何在具體的解題過程中應(yīng)用守恒思想是本文探討的內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】守恒 等量關(guān)系

【中圖分類號】G633.8【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0180-01

科學(xué)思想是科學(xué)認(rèn)識和實(shí)踐的思維和基石，是組成科學(xué)素質(zhì)的最高層次要素。高中化學(xué)思想主要有聯(lián)系思想（結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途），守恒思想（元素守恒、電荷守恒、得失電子守恒、能量守恒、質(zhì)子守恒、物料守恒等），比較思想（同周期同主族元素性質(zhì)比較，金屬性非金屬性等比較），數(shù)形結(jié)合思想（常見反應(yīng)物試劑的添加量與產(chǎn)物的圖象，化學(xué)反應(yīng)與能量的圖象，化學(xué)反應(yīng)速率與平衡的圖象問題等），綠色化學(xué)思想（從反應(yīng)的設(shè)計(jì)，反應(yīng)過程的控制，反應(yīng)產(chǎn)物的處理等方面的提高原料的利用律，盡可能減少污染物的產(chǎn)生等），其中守恒思想是高中化學(xué)最重要的思想。

什么是守恒思想

所謂守恒，就是指化學(xué)反應(yīng)的過程中，以質(zhì)量守恒，能量守恒為基礎(chǔ)，直接從始態(tài)和終態(tài)找出其中的特有的守恒關(guān)系，應(yīng)用守恒關(guān)系進(jìn)行化學(xué)解題的方法叫做守恒法。

高中化學(xué)常見的守恒有哪些呢》？

1.任何具體的化學(xué)反應(yīng)→考慮質(zhì)量守恒與元素守恒。

2.溶液中的微粒數(shù)量關(guān)系→考慮電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒。

3.氧化還原反應(yīng)中→考慮得失電子守恒。

如何在學(xué)習(xí)中運(yùn)用守恒呢？

一、質(zhì)量守恒的應(yīng)用

[例1]向一定量的Fe、FeO和Fe2O3的混合物中加入120ml 4mol/L 的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，放出1.344LNO（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），往所得的溶液中加入KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)，若用足量的氫氣在加熱下還原相同質(zhì)量的混合物，能得到鐵的物質(zhì)的量為多少？

[解析] 由題意推知最后得到的溶液中僅剩Fe（NO3）2，則n（Fe（NO3）2）=1/2n（NO3-）=1/2×（0.12×4-1.344/22.4）mol=0.21mol

n（Fe2+）=0.21mol。

根據(jù)Fe元素守恒，混合物用H2還原后得到Fe的物質(zhì)的量也為0.21mol.

[教學(xué)啟示]

在多步驟具體的化學(xué)計(jì)算過程中，反應(yīng)原理很復(fù)雜，計(jì)算過程很繁瑣，但只要抓住起始物質(zhì)和最終物質(zhì)質(zhì)量的守恒關(guān)系，化繁為簡，計(jì)算過程輕松，而且不易出錯(cuò)。這就要求在日常教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生深層次思考問題的能力，即，對于一系列化學(xué)反應(yīng)，總的物質(zhì)質(zhì)量是守恒的，只是從微觀方面原子的重新組合而已。

二、氧化還原反應(yīng)中的守恒

[例2]取0.04molKMnO4固體加熱一段時(shí)間后，收集到amol單質(zhì)氣體.在反應(yīng)后的殘留固體中加入過量的濃HCl并加熱充分反應(yīng)，又收集到b mol的單質(zhì)氣體B，Mn元素則以Mn2+形式存在于反應(yīng)后的溶液中.計(jì)算：b=_______。（用a表示）

[解析] MnO4-全部變成Mn2+，氧化產(chǎn)物A是O2，B是Cl2.根據(jù)電子得失守恒，0.04×5=4a+2b，則b=0.1-2a。

[教學(xué)啟示]

氧化還原反應(yīng)是高中很重要的化學(xué)反應(yīng)，從概念的理解，到具體計(jì)算、電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算，會考、高考都有涉及。氧化還原反應(yīng)外在表現(xiàn)為化合價(jià)的升降，內(nèi)在實(shí)質(zhì)為反應(yīng)物得失電子守恒。在遇到氧化還原反應(yīng)的相關(guān)計(jì)算時(shí)，要分析，哪種元素（或物質(zhì)）是還原劑，哪中元素（或物質(zhì)）是氧化劑，以及氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物，建立等量關(guān)系：失子物質(zhì)（或元素）的總物質(zhì)的量×失電子的具體個(gè)數(shù)=得電子物質(zhì)（或元素）的總物質(zhì)的量×得電子的具體個(gè)數(shù)。從而簡潔地得出等量關(guān)系，使復(fù)雜問題簡單化，思考問題流程化，大大提高解題效率。

三、溶液中的守恒

[例3]常溫下 ，將甲酸（HCOOH）與NaOH溶液混合，所得溶液的PH=7，則此溶液中（ ）

A. C（HCOO-）>C（Na+）

B. C（HCOO-）

C.C（HCOO-）=C（Na+）

D.無法確定C（HCOO-）和C（Na+）的大小關(guān)系

[解析]用電荷守恒法進(jìn)行分析，混合后溶液中存在的離子共有HCOO-、Na+、H+、OH-四種，根據(jù)電荷守恒法可得出C（Na+）+C（H+）=C（HCOO-）+C（OH-），由于溶液的PH=7，溶液呈電中性，則有C（H+）= C（OH-），進(jìn)而可推出C（HCOO-）=C（Na+）。

[教學(xué)啟示]

溶液中的微觀粒子的相關(guān)概念比較多，如電離、離子反應(yīng)、水解、PH計(jì)算、微觀粒子大小比較等。概念比較抽象，學(xué)生難以理解。

除了概念的理解，簡單計(jì)算的教與學(xué)外，思想的培養(yǎng)最重要。溶液問題，最重要的思想為電荷守恒，即：電解質(zhì)溶液中的陽離子所帶的正電荷總數(shù)與陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。建立等量關(guān)系，輕松解決PH計(jì)算、微觀粒子大小比較等問題。

四.能量守恒的運(yùn)用

[例4]科學(xué)家蓋斯曾指出：“不管化學(xué)過程是一步完成或分幾步完成，這個(gè)總過程的熱效應(yīng)是相同的。”利用蓋斯定律可測定某些特殊反應(yīng)的熱效應(yīng)。

（1）P4（s，白磷）+5O2（g）=P4O10（s） △H1=-2983.2KJ/mol

（2）P（s，紅磷）+5/4O2（g）=1/4P4O10（s） △H2=-738.5 KJ/mol

則白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式為

_________________，相同的狀況下，能量較低的是

________；白磷的穩(wěn)定性比紅磷_____（填“高”或“低”）。

[解析]蓋斯定律的實(shí)質(zhì)：化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。如何運(yùn)用蓋斯定律呢？一.抓關(guān)鍵性物質(zhì)（唯一出現(xiàn)在某一方程式中的物質(zhì)），系數(shù)增加幾倍能量也增加幾倍，二關(guān)鍵物質(zhì)由反應(yīng)物變成生成物能量正負(fù)相反。

本題依據(jù)題意求：P4（s，白磷）=4P（s，紅磷）；△H=？可設(shè)計(jì)如下反應(yīng)過程：P4（s，白磷）→P4O10（s）→P（s，紅磷）；根據(jù)蓋斯定律有△H=△H1+（-4△H2）=-2983.2+4×738.5=-29.2 KJ/mol，即P4（s，白磷）=4P（s，紅磷）；△H=-29.2 KJ/mol.白磷轉(zhuǎn)化為紅磷是放熱反應(yīng)，穩(wěn)定性比紅磷低（能量越低越穩(wěn)定）。

[教學(xué)啟示]

在化學(xué)反應(yīng)與熱量計(jì)算過程中，要始終抓住能量守恒這一重要思想。什么是能量守恒？能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消滅，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能的總量保持不變。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。

在運(yùn)用能量守恒思想解化學(xué)反應(yīng)與熱量計(jì)算過程中，要注意以下幾個(gè)問題：1.明確最終反應(yīng)物、生成物是哪種物質(zhì)？物質(zhì)的量分別是多少？狀態(tài)分別是什么？2.從已知反應(yīng)中找到這些物質(zhì)，并按照最終反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)、計(jì)量，對已知方程式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適當(dāng)加減已知的熱化學(xué)方程式，得出待求的熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也要進(jìn)行相應(yīng)的加減運(yùn)算，從而得出待求熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱。