淺談高中化學解題中守恒法的有效運用

張婷婷

摘 要：“守恒法”是指通過抓住化學反應過程中一個始終保持不變的某種特定的衡量列出算式進行計算的一種方法，具解答偏題和難題的一大捷徑.守恒定律存在于任何化學反應中，在解題時牢牢把握住化學反應中的守恒規律，可避免書寫繁瑣的化學方式，通過建立等式關系，就能達到巧解、速解的目的.

關鍵詞：解題教學;守恒法;高中化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2021）04-0101-02

“守恒”思想最早是由教育家皮亞杰所提出，他認為：“人們在認識、分析事物時根據已有的理論知識或經驗，得出無論事物怎么變化，仍然有某些特征保持不變.”“守恒”是化學學科思想之一，主要體現在質量守恒、電子守恒、電荷守恒等方面，在解題過程中巧妙運用“守恒法”，可以復雜的計算過程，讓學生只關注變化的初始和結束狀態，根據題目中的守恒關系，快速建立求解公式和求出正確結果，對于提高解題效率有著事半功倍的效果.

一、運用“質量守恒法”解題

質量守恒法是守恒法最基本的原理，從宏觀角度來看，是指參加化學反應的各物質的質量總和與反應后生成的各物質的質量總和是相等的;從微觀角度來看，是指在化學反應前后各元素的種類與數目保持不變.質量守恒在化學中有很多表現形式和應用，比如，溶液在稀釋的過程中溶質的質量保持不變.在解題過程中，運用質量守恒定律進行有效推斷和計算，可避免學生在紛雜的解題背景中尋找關系式，有利于提高解題準確度.

例1 已知有A、B和C三種物質的混合物，其中，A物質為30g，B物質為15g，C物質為10g，現將三種物質的混合物放置于一個密封的容器中進行加熱，在化學反應停止后，發現容器中含有A為26g，B為21g，還有一種物質D，求反應后生成物與反應物之間的質量比.

分析 由于題目中的物質都是以符號形式出現，所以在求解這道題目時學生難以根據題意列出化學方程式，從而出現了解題障礙.而運用守恒法中的質量守恒法就能有效的尋找到本題解題的突破口.根據質量守恒定律，參加化學反應的各物質的質量總和與反應后生成的各物質的質量總和是相等的.那么，要求化學反應生成物與反應物之間的質量比，只需要弄清楚化學反應中的反應物有哪些？生成物有哪些？參加反應的各物質質量及生成的各物質質量有哪些？

從題目中可以看出，A和C的質量有所減少，所以可以判定A和C為反應物，其中，A參加反應的質量為30g-15g=15g，C的質量為10g.B和D質量有所增加，應為化學反應生成物，其中，B的生成質量為：26g-15g=11g.由質量守恒定律mA+mC=mB+mD，可得：15+10=11+mD，解出結果是D的質量為14g.因此，反應中A、B、C、D的質量比是15∶11∶10∶14.可見使用質量守恒定律，能讓解題步驟變得簡化，有利于提高學生解題速度.

二、運用“電子守恒法”解題

“電子守恒”是化學學科“守恒法”中的重要組成部分，在解題中的應用非常廣泛，是學生進行高效解題的一把“金鑰匙”.電子守恒是氧化還原反應的本質，在同一個氧化還原反應中氧化劑得到的電子總數與還原劑失去的電子總數是相等的.這也是“電子守恒法”解題的理論依據.因此，在遇到氧化還原反應或電化學中的計算問題都能采用電子守恒法進行巧解，能大大降低計算復雜度.

例2 已知在等體積的KI、Na2S、FeBr2三種溶液中分別通入適量氯氣，在同溫同壓下，當化學反應剛好完成時，三種溶液所消耗的氯氣體積相等，求KI、Na2S、FeBr2三種物質的量濃度之比.

分析 這道題考察的是學生對氧化還原反應知識點的掌握.根據摩爾定律，溶質的物質的量濃度等于溶液的物質的量和溶液體積之比，由于三種溶液體積相等，所以要求三種物質的量濃度之比，就等于三種溶液的物質的量之比.在同溫同壓下，相同體積氯氣對應的物質的量也相等.

根據常規的解法，是根據已知條件列出化學方程式：

2KI+Cl22KCl+I2

Na2S+Cl2S↓+2NaCl

2FeBr2+3Cl22FeCl3+2Br2

由于三個化學反應中的Cl2量相同，假設為3個體積的Cl2，需要6個體積的KI，3個Na2S，2個2FeBr2，所以，得出KI、Na2S、FeBr2三種物質的量濃度之比為6∶3∶2.這種求解方法，需要學生能夠正確的書寫出化學方程式，不但繁瑣，且一旦方程式錯誤，將會導致結果錯誤.因此，通過分析發現，題目中的三個反應都為氧化還原反應，其中，Cl2為氧化劑，在反應過程中得電子，且得電子數與還原劑失去電子數相等.根據“電子守恒法”進行求解將會讓題目變得更加簡單.根據每個氧化還原的產物，KI→I2，Na2S→S，FeBr2→FeCl3+Br2，其中，I的化合價升高1，S的化合價升高2，Fe的化合價升高3，Br的化合物升高了3.根據電子守恒定律，1、2、3的最小公倍數為6，所以，KI、Na2S、FeBr2三種物質的量濃度之比為6∶3∶2.在氧化還原中，有元素化合價的升高，也必然有元素化合價的降低，在解題時充分利用電子的得失守恒，能突破傳統的思維定勢，讓解題思維變得更加豐富.

三、運用“電荷守恒法”解題

電荷守恒是指在離子化合物（或溶液）中陰離子所帶負電荷總數與陽離子所

帶正電荷總數相等，換而言之是正負電荷的代數和為零.利用電荷守恒法進行解題的主要依據是在離子化合物（或溶液）中，無論存在多少種離子，化合物（或溶液）都不顯電性.在題目中已知離子化合物（或溶液）中幾個離子的量，求其他離子的量時，采用電荷守恒法進行計算，可從全局入手，有效避免酸堿中和反應、鹽類水解中有關量的問題帶來的繁瑣分析和計算，使得復雜計算化繁為簡，大大提高了解題效率.

例3 已知在常溫下，將氫氧化鈉（NaOH）溶液與甲酸（HCOOH）溶液進行混合，所得溶液酸堿度為中性，比較此時溶液中c（HC00-）和c（Na+）大小.

分析 這是一道有關比較溶液中離子濃度大小的題目.若按照常規的方法進行求解，甲酸（HCOOH）屬于一種弱酸，在于氫氧化鈉（NaOH）溶液進行混合時，會發生酸堿化學反應，當恰好中和時，生成的弱酸強堿鹽水會發生水解，使得溶液呈堿性.而題目中給出的是溶液呈中性，由此可判斷HCOOH過量，但過量的并不多，因為過多時，溶液會呈酸性.在分析后，很多學生發現仍然無法比較溶液中c（HCOO-）和c（Na+）的大小關系.為此，針對這類比較離子濃度大小的題目，利用電荷守恒法，可使計算大為簡化.氫氧化鈉（NaOH）溶液與甲酸（HCOOH）溶液混合后，在混合溶液中存在四種離子：Na+、H+、OH-、HCOO-.根據電荷守恒，有下列關系：

c（Na+）+c（H+）=

c（OH-）+c（HCOO-）.由于溶液呈中性，即：pH=7，所以有c（H+）=c（OH-），從而可以求出c（H+）=c（HCOO-）.由此可見，利用電荷守恒法進行化學計算避開了繁雜的運算，不用理會物質的化學式，只需要根據離子化合物（或溶液）中有幾種離子就能簡便計算，能達到事半功倍的解題效果.

綜上所述，在化學學習過程中，會遇到各式各樣的問題，如何將這些問題進行有效歸類，并獲得高效的解決方法至關重要.在解答化學題目時，根據已知條件和所求問題靈活的運用各種守恒定律，一方面可避免復雜的化學計算與分析過程，縮短計算時間，另一方面也能解題思路更加清晰，準確的掌握化學反應過程中參與反應物質的內在關系，對提高解題準確率具有十分重要的意義.

參考文獻：

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[3]齊璟煜.論守恒法在高中化學解題中的應用[J].高中數理化，2019（2）：38-39.

[責任編輯：季春陽]