守恒法在高中化學解題中的應用研究

◇ 山東 許學申

高中化學題目類型繁多，而且不同的題目要采用不同的解題方式，教師應引導學生積極地探索和學習，根據不同化學題目的特點采用正確的解題方法，以快速、正確地解決化學問題.

1 電子守恒法在高中化學解題中的應用

例1將10.416g鐵絲溶于過量的鹽酸，在加熱條件下用5.050gKNO3氧化溶液中的Fe2+完全反應后，還需要24 mL0.3 mol·L-1的KMnO4溶液才能完全氧化，反應的化學方程式為KMnO4+.試通過計算確定KNO3的還原產物，并寫出KNO3與FeCl2反應的化學方程式.

分析大家在課上都學過在酸性條件下，NO-3具有很強的氧化性，而其還原產物隨著硝酸濃度的不同而變化，在濃硝酸參與反應時，還原產物為NO2，在稀硝酸參與反應時，還原產物為NO.但是，學生面對這道題時，就很容易感到困惑，因為題目中沒有明確告知我們此時的硝酸濃度是處于濃的狀態還是稀的狀態，這使得學生無法判斷還原產物，從而面對此題時一籌莫展.教師可以引導學生通過電子守恒法判斷出還原產物.詳細解析如下：我們先判斷10.416g Fe（0.186mol）與充足的鹽酸反應的化學方程式為Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，所以0.186mol的單質Fe變成了0.186mol的二價亞鐵離子；這部分二價亞鐵離子再經過兩步氧化反應才變成了三價鐵離子，首先是第一步反應之后加入的5.050g硝酸鉀，其次是再次加入的24 mL0.3mol·L-1的高錳酸鉀溶液，最終的結果為所有的二價亞鐵離子都變成了三價鐵離子.根據電子守恒的概念，在Fe2+轉變為Fe3+的過程中共失去0.186mol×1=0.186mole-，所以經過兩次氧化過程，兩種不同的還原產物（NO 或NO2，MnCl2）也應該得到0.186mole-，在從KMnO4到MnCl2的過程，Mn元素共得到24×10-3L×0.3mol·L-1×5=0.036mole-，所以5.050g的硝酸鉀（0.05 mol）參與氧化亞鐵離子時共得到0.186 mol-0.036 mol=0.15mole-.再設硝酸鉀（其中N 元素為+5價）被還原的產物中N 元素的化合價為x，所以根據電子守恒可得，0.05 mol×（5-x）=0.15 mol，解得x=2，所以硝酸鉀被還原的產物應該為NO，其所對應的化學方程式為3FeCl2+KNO3+4HCl=3FeCl3+NO↑+KCl+2H2O.

2 電荷守恒法在高中化學解題中的應用

例2經過檢測，某地區的酸雨中有Cl-、Na+等，濃度分別是2.5×10-6mol·L-1、2.3×10-5mol·L-1、3.5×10-5mol·L-1、7.0×10-6mol·L-1，則該地區酸雨的pH 為（ ）.

A.3 B.4 C.5 D.6

分析這是一道與人們的生活息息相關的化學題，該題目難度不大，可以利用電荷守恒法快速正確地解決.酸雨中陽離子所帶的正電荷和陰離子所帶的負電荷數值上是守恒的.所以可以得出：c（Na+）+c（H+）+c（）=c（Cl-）+c（OH-）+2c（）.溶液顯酸性，OH-少到可忽略不計，則有c（H+）=c（Cl-）+2c（）-c（Na+）-c（）=3.5×10-5mol·L-1+2×2.5×10-6mol·L-1-7.0×10-6mol·L-1-2.3×10-5mol·L-1=1×10-5mol·L-1，pH=-lgc（H+）=-lg10-5=5，所以答案為C.

3 元素守恒法在高中化學解題中的應用

例3把4.2g鋁和Na2O2的混合物一起放到適量的水中，使它們完全反應，再倒入100mL4mol·L-1的鹽酸，這時候，正好可以把反應后所產生的沉淀全部溶解，則原來的混合物中，Al和Na2O2的質量分別是多少？

分析這道題所涉及的化學反應非常煩瑣，如果用常規的解題方法會產生大量的計算，在計算的過程中還容易出現一些錯誤.如果在解答這道題的過程中，加入元素守恒思想，就可以將題目變得很簡單.假設鋁的物質的量為x，Na2O2的物質的量為y.則可以列出相應的關系式：

27g·mol-1×x+78g·mol-1y=4.2g.①

利用氯元素的守恒可以得出計算式：3x+2y=4mol·L-1×0.1L.②

把列出的兩個式子結合起來，就可以算出x=0.127mol；y=0.01 mol.所以m（Al）=3.429g；m（Na2O2）=0.78g，則最后可以得出Al的質量為3.429g，Na2O2的質量則為0.78g.

高中化學題目種類繁多，因此，教師應該重視解題方法的總結和講解，重視守恒法在高中化學解題中的應用研究，幫助學生更好地解答化學難題.