高中化學守恒思想的應用

【摘要】守恒思想是高中化學最重要的思想，如何認識守恒思想，如何在具體的解題過程中應用守恒思想是本文探討的內容。

【關鍵詞】守恒 等量關系

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

科學思想是科學認識和實踐的思維和基石，是組成科學素質的最高層次要素。高中化學思想主要有聯系思想（結構決定性質，性質決定用途），守恒思想（元素守恒、電荷守恒、得失電子守恒、能量守恒、質子守恒、物料守恒等），比較思想（同周期同主族元素性質比較，金屬性非金屬性等比較），數形結合思想（常見反應物試劑的添加量與產物的圖象，化學反應與能量的圖象，化學反應速率與平衡的圖象問題等），綠色化學思想（從反應的設計，反應過程的控制，反應產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生等），其中守恒思想是高中化學最重要的思想。

什么是守恒思想

所謂守恒，就是指化學反應的過程中，以質量守恒，能量守恒為基礎，直接從始態和終態找出其中的特有的守恒關系，應用守恒關系進行化學解題的方法叫做守恒法。

高中化學常見的守恒有哪些呢》？

1.任何具體的化學反應→考慮質量守恒與元素守恒。

2.溶液中的微粒數量關系→考慮電荷守恒、物料守恒、質子守恒。

3.氧化還原反應中→考慮得失電子守恒。

如何在學習中運用守恒呢？

一、質量守恒的應用

[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（標準狀況下），往所得的溶液中加入KSCN溶液，無血紅色出現，若用足量的氫氣在加熱下還原相同質量的混合物，能得到鐵的物質的量為多少？

[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Fe元素守恒，混合物用H2還原后得到Fe的物質的量也為0.21mol.

[教學啟示]

在多步驟具體的化學計算過程中，反應原理很復雜，計算過程很繁瑣，但只要抓住起始物質和最終物質質量的守恒關系，化繁為簡，計算過程輕松，而且不易出錯。這就要求在日常教學過程中，培養學生深層次思考問題的能力，即，對于一系列化學反應，總的物質質量是守恒的，只是從微觀方面原子的重新組合而已。

二、氧化還原反應中的守恒

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

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

[教學啟示]

氧化還原反應是高中很重要的化學反應，從概念的理解，到具體計算、電化學的相關計算，會考、高考都有涉及。氧化還原反應外在表現為化合價的升降，內在實質為反應物得失電子守恒。在遇到氧化還原反應的相關計算時，要分析，哪種元素（或物質）是還原劑，哪中元素（或物質）是氧化劑，以及氧化產物、還原產物，建立等量關系：失子物質（或元素）的總物質的量×失電子的具體個數=得電子物質（或元素）的總物質的量×得電子的具體個數。從而簡潔地得出等量關系，使復雜問題簡單化，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+）的大小關系

[解析]用電荷守恒法進行分析，混合后溶液中存在的離子共有HCOO-、Na+、H+、OH-四種，根據電荷守恒法可得出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-），進而可推出C（HCOO-）=C（Na+）。

[教學啟示]

溶液中的微觀粒子的相關概念比較多，如電離、離子反應、水解、PH計算、微觀粒子大小比較等。概念比較抽象，學生難以理解。

除了概念的理解，簡單計算的教與學外，思想的培養最重要。溶液問題，最重要的思想為電荷守恒，即：電解質溶液中的陽離子所帶的正電荷總數與陰離子所帶的負電荷總數相等。建立等量關系，輕松解決PH計算、微觀粒子大小比較等問題。

四.能量守恒的運用

[例4]科學家蓋斯曾指出：“不管化學過程是一步完成或分幾步完成，這個總過程的熱效應是相同的?！崩蒙w斯定律可測定某些特殊反應的熱效應。

（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

則白磷轉化為紅磷的熱化學方程式為

_________________，相同的狀況下，能量較低的是

________；白磷的穩定性比紅磷_____（填“高”或“低”）。

[解析]蓋斯定律的實質：化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關。如何運用蓋斯定律呢？一.抓關鍵性物質（唯一出現在某一方程式中的物質），系數增加幾倍能量也增加幾倍，二關鍵物質由反應物變成生成物能量正負相反。

本題依據題意求：P4（s，白磷）=4P（s，紅磷）；△H=？可設計如下反應過程：P4（s，白磷）→P4O10（s）→P（s，紅磷）；根據蓋斯定律有△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.白磷轉化為紅磷是放熱反應，穩定性比紅磷低（能量越低越穩定）。

[教學啟示]

在化學反應與熱量計算過程中，要始終抓住能量守恒這一重要思想。什么是能量守恒？能量既不會憑空產生，也不會憑空消滅，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其他物體，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。

在運用能量守恒思想解化學反應與熱量計算過程中，要注意以下幾個問題：1.明確最終反應物、生成物是哪種物質？物質的量分別是多少？狀態分別是什么？2.從已知反應中找到這些物質，并按照最終反應物、生成物的狀態、計量，對已知方程式進行轉換。適當加減已知的熱化學方程式，得出待求的熱化學方程式，反應熱也要進行相應的加減運算，從而得出待求熱化學方程式的反應熱。