高中化學(xué)解題中“守恒法”的有效應(yīng)用

王 琳

(甘肅省成縣第一中學(xué),甘肅 隴南 742500)

在高考中,守恒法是一個(gè)非常重要的考點(diǎn),所以在日常學(xué)習(xí)中,一定要對(duì)守恒法牢牢掌握,把問(wèn)題的步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單化,這樣可以對(duì)解題效率和準(zhǔn)確度有所提高.

1 質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒就是依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量并不會(huì)發(fā)生變化這一條件而對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解答.在高中化學(xué)解題過(guò)程中質(zhì)量守恒是常考的內(nèi)容.因此,教師需要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中掌握這種解題方法.

例1 將一定的固態(tài)氫氧化鉀放置在空氣中,經(jīng)過(guò)檢測(cè),可以知道固態(tài)氫氧化鉀當(dāng)中含有2.8%的水和7.2%的碳酸鉀.對(duì)此固態(tài)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(shí),對(duì)多余的鹽酸用30.8 mL 1.07 mol/L的氫氧化鉀溶液進(jìn)行中和,最后進(jìn)行加熱和蒸干,能夠得到的固體的質(zhì)量是( ).

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

解析對(duì)于這道題一般的計(jì)算解題來(lái)說(shuō),雖說(shuō)可以獲得答案,但是它的計(jì)算過(guò)程會(huì)相對(duì)麻煩,很容易出錯(cuò).如果對(duì)已知條件進(jìn)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(duì)氯元素進(jìn)行質(zhì)量守恒計(jì)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(xiàng)D正確.

在學(xué)生看見(jiàn)題目的那一刻,就應(yīng)該會(huì)想到這道題會(huì)用到質(zhì)量守恒的方式去解決,要對(duì)題目中的已知條件進(jìn)行分析,找到題目中的突破口,確定參加化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量總和是一樣的[2].這樣求解的過(guò)程就變得簡(jiǎn)單化了,只需要對(duì)反應(yīng)物是什么、生成物是什么以及生成物的質(zhì)量為多少進(jìn)行分析.

2 物料守恒

所謂物料守恒,實(shí)質(zhì)上它就是一種物質(zhì)守恒,對(duì)宏觀和微觀來(lái)說(shuō),也有著兩種看法,前者就是指質(zhì)量守恒,而后者則主要指元素守恒.在實(shí)際解決問(wèn)題時(shí),通過(guò)物料守恒的方法能夠最大程度地化簡(jiǎn)題意.在解決問(wèn)題時(shí),就可以利用這種方法去回答,從而簡(jiǎn)化做題的難度,讓學(xué)生能夠提高計(jì)算速度和準(zhǔn)確率,但是要注意的是需要正確和熟練地運(yùn)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?qū)⑷芤寒?dāng)中的硫酸根離子充分地進(jìn)行沉淀,如果加入了過(guò)量的強(qiáng)堿并且處于加熱的狀態(tài)下,可以獲得cmol NH3,那么原溶液中的Al3+的濃度(mol·L-1)為( ).

學(xué)生在運(yùn)用守恒法進(jìn)行高中化學(xué)解題時(shí),應(yīng)當(dāng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn),簡(jiǎn)化解題計(jì)算,提高學(xué)生的解題效率.高中化學(xué)在整合的過(guò)程中,不少知識(shí)點(diǎn)比較的零散,守恒法就可以將各個(gè)部分的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來(lái),建立獨(dú)立性,保持內(nèi)容的整體性.

3 電子守恒

帶電的粒子可以分為陰陽(yáng)離子和電子.在晶體或者溶液中,無(wú)論離子數(shù)量的多少,晶體或是溶液總是顯中性,也就是說(shuō)陰陽(yáng)離子帶有電荷的總數(shù)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(yīng)的過(guò)程中,隨著電子的不斷得失,得到的電子數(shù)目和失去的電子數(shù)目總量相等,所以得失電子的總數(shù)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(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)中產(chǎn)生的2價(jià)鐵離子能夠與0.04 mol/L的50 mL高錳酸鉀溶液發(fā)生充分地反應(yīng).在這個(gè)反應(yīng)中,羥氨氧化后會(huì)得到的產(chǎn)物是 ( ).

A.NO B.NO2C.N2O D.N2150

解析反應(yīng)當(dāng)中的羥氨被3價(jià)鐵離子所氧化,而2價(jià)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(jià)為-1價(jià),那如果羥氨氧化后得到的物體N的化合價(jià)為Y價(jià),根據(jù)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(guò)計(jì)算求得Y=1.所以題中A、B、D選項(xiàng)的N都不是+1價(jià),所以該例題的答案為C.化學(xué)當(dāng)中的守恒關(guān)系中,電子守恒是非常常見(jiàn)的,與其他守恒關(guān)系的區(qū)別就是,電子守恒需要同時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng),且電子的得與失始終是一個(gè)相等的狀態(tài),所以在此基礎(chǔ)上,學(xué)生就可以運(yùn)用電子守恒定律去解決問(wèn)題.

4 元素守恒

在化學(xué)反應(yīng)中元素的種類不會(huì)發(fā)生變化,改變的只是化學(xué)元素的存在方式,學(xué)生完全可以根據(jù)元素守恒這個(gè)方法回答問(wèn)題.對(duì)于元素守恒來(lái)說(shuō),它實(shí)際上就是對(duì)于一個(gè)完整的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中,反應(yīng)物與生成物之間的化學(xué)元素種類沒(méi)有發(fā)生變化,只不過(guò)是元素組成了新的物質(zhì).所以,學(xué)生就可以基于這個(gè)特點(diǎn),通過(guò)元素守恒定律的方法去回答問(wèn)題,從而能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和做題準(zhǔn)確率.

例4 將4.2 g的鋁與過(guò)氧化鈉充分的混合在一起,并且將其放置在水中,當(dāng)化學(xué)反應(yīng)完成后,并且所有的固體均反應(yīng)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(yīng)中的沉淀完全溶解,問(wèn):在原來(lái)的混合物當(dāng)中,鋁和過(guò)氧化鈉的質(zhì)量分別是多少?

解析對(duì)于這道例題來(lái)說(shuō),根據(jù)題意可以了解到整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜,如果仍使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行求解,那么整個(gè)過(guò)程會(huì)十分復(fù)雜,并且很容易計(jì)算錯(cuò)誤.在元素守恒定律下,對(duì)于這道題來(lái)說(shuō)就會(huì)非常簡(jiǎn)潔,比如說(shuō),假設(shè)過(guò)氧化鈉的物質(zhì)的量是Ymol,鋁的物質(zhì)的量是Xmol,所以就可以得到下面這個(gè)式子:78 g/mol×Y+27 g/mol×X=4.2 g,同時(shí),在基于鋁元素和氯元素以及鈉元素結(jié)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(gè)式子進(jìn)行結(jié)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(guò)氧化鈉為0.78 g,鋁的質(zhì)量為1.674 g.

例5 將1.6 g的可燃物充分放置到氧氣中進(jìn)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(duì)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(méi)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(gè)化學(xué)反應(yīng)中,因?yàn)樵赢?dāng)中的質(zhì)量、種類和數(shù)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(zhì)量為1.2 g,氫元素質(zhì)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(méi)有O,因此②正確.對(duì)于分子當(dāng)中H和C的原子數(shù)之比,元素質(zhì)量除以元素相對(duì)原子質(zhì)量就能夠得到原子的個(gè)數(shù),所以⑥正確.綜上所述,正確答案是B.

對(duì)于這種守恒法來(lái)說(shuō),就是在反應(yīng)前后元素的種類不會(huì)改變,所以基于這個(gè)知識(shí)內(nèi)容,在實(shí)際做題中,學(xué)生就需要考慮反應(yīng)前后元素的種類,然后在結(jié)合具體的要求,使用元素守恒定律正確地解決問(wèn)題.

綜上所述,守恒法在化學(xué)解題中得到廣泛使用,將守恒法引入到高中化學(xué)解題課堂中,這樣既能夠減小化學(xué)題計(jì)算的難度,又可以讓學(xué)生的做題正確率和效率得到進(jìn)一步的提高[3].因此,在化學(xué)教學(xué)中,教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)審題,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)題目中的關(guān)鍵信息,鍛煉學(xué)生的解題技能,創(chuàng)新學(xué)生的解題思維,拓寬學(xué)生的解題思路,從而提高學(xué)生的解題效率.