高中化學解題中“守恒法”的有效應用

王 琳

(甘肅省成縣第一中學,甘肅 隴南 742500)

在高考中,守恒法是一個非常重要的考點,所以在日常學習中,一定要對守恒法牢牢掌握,把問題的步驟進行簡單化,這樣可以對解題效率和準確度有所提高.

1 質量守恒

質量守恒就是依據化學反應前后物質的質量并不會發生變化這一條件而對問題進行解答.在高中化學解題過程中質量守恒是常考的內容.因此,教師需要讓學生在學習的過程中掌握這種解題方法.

例1 將一定的固態氫氧化鉀放置在空氣中,經過檢測,可以知道固態氫氧化鉀當中含有2.8%的水和7.2%的碳酸鉀.對此固態氫氧化鉀取出1 g的樣品,并將其加入到50 mL 3 mol/L的鹽酸里面,同時,對多余的鹽酸用30.8 mL 1.07 mol/L的氫氧化鉀溶液進行中和,最后進行加熱和蒸干,能夠得到的固體的質量是( ).

A.8.45 g B.4.5 g C.6 g D.11.175 g

解析對于這道題一般的計算解題來說,雖說可以獲得答案,但是它的計算過程會相對麻煩,很容易出錯.如果對已知條件進行分析,可以知道最后獲得到的固體是氯化鉀,并且氯化鉀中的氯元素的獲取途徑只有鹽酸.所以,對氯元素進行質量守恒計算:n(KCl)=n(HCl)=0.05L×3 mol/L=0.15 mol,從而得到m(KCl)=0.15 mol×74.5 g/mol=11.175 g[1],所以選項D正確.

在學生看見題目的那一刻,就應該會想到這道題會用到質量守恒的方式去解決,要對題目中的已知條件進行分析,找到題目中的突破口,確定參加化學反應的反應物和生成物的物質的量總和是一樣的[2].這樣求解的過程就變得簡單化了,只需要對反應物是什么、生成物是什么以及生成物的質量為多少進行分析.

2 物料守恒

所謂物料守恒,實質上它就是一種物質守恒,對宏觀和微觀來說,也有著兩種看法,前者就是指質量守恒,而后者則主要指元素守恒.在實際解決問題時,通過物料守恒的方法能夠最大程度地化簡題意.在解決問題時,就可以利用這種方法去回答,從而簡化做題的難度,讓學生能夠提高計算速度和準確率,但是要注意的是需要正確和熟練地運用合適的方法.

例2 在aL Al2(SO4)3和(NH4)2SO4的混合溶液中加入bmol BaCl2,能夠將溶液當中的硫酸根離子充分地進行沉淀,如果加入了過量的強堿并且處于加熱的狀態下,可以獲得cmol NH3,那么原溶液中的Al3+的濃度(mol·L-1)為( ).

學生在運用守恒法進行高中化學解題時,應當認真、嚴謹,簡化解題計算,提高學生的解題效率.高中化學在整合的過程中,不少知識點比較的零散,守恒法就可以將各個部分的知識點有機的結合起來,建立獨立性,保持內容的整體性.

3 電子守恒

帶電的粒子可以分為陰陽離子和電子.在晶體或者溶液中,無論離子數量的多少,晶體或是溶液總是顯中性,也就是說陰陽離子帶有電荷的總數是相等的.在解答中采用電子守恒法這種方式的題目有很多,這主要是由于在氧化還原反應的過程中,隨著電子的不斷得失,得到的電子數目和失去的電子數目總量相等,所以得失電子的總數都遵守著守恒定律.

例3 把濃度為0.1 mol/L的50 mL羥氨酸性溶液與足夠的硫酸鐵在加熱沸騰條件下充分地進行反應,反應中產生的2價鐵離子能夠與0.04 mol/L的50 mL高錳酸鉀溶液發生充分地反應.在這個反應中,羥氨氧化后會得到的產物是 ( ).

A.NO B.NO2C.N2O D.N2150

解析反應當中的羥氨被3價鐵離子所氧化,而2價的鐵離子又被高錳酸鉀溶液給氧化了,由此可以分析得到,羥氨所失去的電子被高錳酸鉀全部得到了.所以就能夠得到羥氨酸中的N的化合價為-1價,那如果羥氨氧化后得到的物體N的化合價為Y價,根據電子守恒定律:[Y-(-1)]×50×10-3L×0.10 mol/L=(7-2)×50×10-3L×0.04 mol/L.通過計算求得Y=1.所以題中A、B、D選項的N都不是+1價,所以該例題的答案為C.化學當中的守恒關系中,電子守恒是非常常見的,與其他守恒關系的區別就是,電子守恒需要同時發生氧化反應和還原反應,且電子的得與失始終是一個相等的狀態,所以在此基礎上,學生就可以運用電子守恒定律去解決問題.

4 元素守恒

在化學反應中元素的種類不會發生變化,改變的只是化學元素的存在方式,學生完全可以根據元素守恒這個方法回答問題.對于元素守恒來說,它實際上就是對于一個完整的化學反應當中,反應物與生成物之間的化學元素種類沒有發生變化,只不過是元素組成了新的物質.所以,學生就可以基于這個特點,通過元素守恒定律的方法去回答問題,從而能夠促進學生的學習效率和做題準確率.

例4 將4.2 g的鋁與過氧化鈉充分的混合在一起,并且將其放置在水中,當化學反應完成后,并且所有的固體均反應完全后,在往溶液里加入濃度為4 mol/L的100 mL鹽酸,從而將原本反應中的沉淀完全溶解,問:在原來的混合物當中,鋁和過氧化鈉的質量分別是多少?

解析對于這道例題來說,根據題意可以了解到整個化學反應過程非常復雜,如果仍使用傳統的方法進行求解,那么整個過程會十分復雜,并且很容易計算錯誤.在元素守恒定律下,對于這道題來說就會非常簡潔,比如說,假設過氧化鈉的物質的量是Ymol,鋁的物質的量是Xmol,所以就可以得到下面這個式子:78 g/mol×Y+27 g/mol×X=4.2 g,同時,在基于鋁元素和氯元素以及鈉元素結合元素守恒定律得到:Na2O2-2NaCl,Al-AlCl3,2Y+3X=4 mol/L×0.1 L把上述兩個式子進行結合,可以得到:Y=0.01 mol;X=0.062 mol;m(Na2O2)=0.78 g;m(Al)=1.674 g.綜上所述,可以得到原本混合物中的過氧化鈉為0.78 g,鋁的質量為1.674 g.

例5 將1.6 g的可燃物充分放置到氧氣中進行燃燒,在燃燒停止后一共生成了3.6 g的水和4.4 g的二氧化碳,下列對可燃物的判斷正確的是( ).

①其中一定包含了O和H;

②里面一定沒有O;

③里面可能含有O;

④里面一定有O;

⑤分子中H和C的原子之比為2∶1;

⑥分子中H和C的原子之比為4∶1.

A.①③⑥ B.①②⑥

C.①④⑤ D.①②⑤

解析在這個化學反應中,因為原子當中的質量、種類和數目都是保持不變的,只要生成水就必定有H,只要生成二氧化碳就必定有C,所以①正確.已知碳元素質量為1.2 g,氫元素質量為0.4 g,所以可以得到下列式子:m(H)+m(C)=0.4 g+1.2 g=1.6 g,所以沒有O,因此②正確.對于分子當中H和C的原子數之比,元素質量除以元素相對原子質量就能夠得到原子的個數,所以⑥正確.綜上所述,正確答案是B.

對于這種守恒法來說,就是在反應前后元素的種類不會改變,所以基于這個知識內容,在實際做題中,學生就需要考慮反應前后元素的種類,然后在結合具體的要求,使用元素守恒定律正確地解決問題.

綜上所述,守恒法在化學解題中得到廣泛使用,將守恒法引入到高中化學解題課堂中,這樣既能夠減小化學題計算的難度,又可以讓學生的做題正確率和效率得到進一步的提高[3].因此,在化學教學中,教師應當指導學生仔細審題,引導學生發現題目中的關鍵信息,鍛煉學生的解題技能,創新學生的解題思維,拓寬學生的解題思路,從而提高學生的解題效率.