守恒思想在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用探討

摘要：守恒思想是一種重要的化學(xué)解題方法，在初中化學(xué)解題中具有廣泛的應(yīng)用．本文通過(guò)對(duì)守恒思想的概述，分別探討了質(zhì)量守恒、元素守恒和電荷守恒在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用，系統(tǒng)地梳理了運(yùn)用守恒思想解題的策略，體現(xiàn)了它在初中化學(xué)解題中的重要性，供讀者參考．

關(guān)鍵詞：守恒思想；解題；初中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）26-0118-03

所謂“守恒”就是指物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，其組成和數(shù)量保持不變的原理.在初中化學(xué)中，守恒思想的應(yīng)用主要體現(xiàn)在質(zhì)量守恒、元素守恒、電荷守恒等方面.通過(guò)守恒思想的運(yùn)用，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，提高解題的準(zhǔn)確性和效率［1］.

1質(zhì)量守恒的應(yīng)用

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)中的重要定律之一，是指在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)前后的物質(zhì)的總質(zhì)量不變.在初中化學(xué)解題中，可以通過(guò)質(zhì)量守恒定律來(lái)找到化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，從而解決相關(guān)問(wèn)題.例如，在計(jì)算化學(xué)方程式的配平、計(jì)算反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量等方面，都可以運(yùn)用質(zhì)量守恒定律來(lái)解決問(wèn)題［2］.

例1氯氣和氫氧化鈉都是非常重要的化工原料，氯堿工業(yè)是可以同時(shí)獲取它們的常用化工方法，其反應(yīng)原理為：2NaCl+2H2O通電2NaOH+H2↑+Cl2↑.現(xiàn)有117 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的食鹽水，將其中的氯化鈉完全電解，試計(jì)算：

（1）生成的H2和Cl2質(zhì)量比為 （填最簡(jiǎn)整數(shù)比）；

（2）電解后，溶液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

（3）把117 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的食鹽水稀釋成8%的食鹽水，需要加水多少克？

解析（1）根據(jù)化學(xué)方程式可知，生成一個(gè)H2分子的同時(shí)會(huì)生成一個(gè)Cl2分子，所以生成的H2和Cl2質(zhì)量比為2∶71.

（2）參加反應(yīng)的氯化鈉的質(zhì)量=117 g×20%=23.4 g

設(shè)反應(yīng)后生成的氫氧化鈉的質(zhì)量為x，生成氫氣的質(zhì)量為y，生成氯氣的質(zhì)量為z

2NaCl+2H2O通電2NaOH+H2↑+Cl2↑

11780271

23.4 gxyz

11780=23.4 gxx=16 g

1172=23.4 gyy=0.4 g

11771=23.4 gzz=14.2 g

反應(yīng)后溶液的質(zhì)量=117 g-0.4 g-14.2 g=102.4 g

電解后溶液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=16 g102.4 g×100%≈15.6%.

（3）設(shè)加入水的質(zhì)量為x

117 g×20% =（117 g+x）×8%

x=175.5 g

所以，加入水的質(zhì)量為175.5 g.

點(diǎn)評(píng)：本題第（1）問(wèn)中，根據(jù)化學(xué)方程式，結(jié)合質(zhì)量守恒可計(jì)算出該化學(xué)反應(yīng)中氣體的質(zhì)量，進(jìn)而確定了反應(yīng)后溶液的質(zhì)量.第（2）問(wèn)中，考查了溶液的稀釋問(wèn)題，運(yùn)用了稀釋前后溶質(zhì)質(zhì)量保持不變的原理，質(zhì)量守恒思想在解決本題中發(fā)揮了很重要的作用.需要特別注意的是：質(zhì)量守恒定律只適用于質(zhì)量守恒，而不是體積守恒，也不是分子總數(shù)守恒；質(zhì)量守恒強(qiáng)調(diào)“參加反應(yīng)的”和“反應(yīng)生成的”，對(duì)于未參加反應(yīng)的物質(zhì)無(wú)須關(guān)注；在化學(xué)反應(yīng)前后，分子的種類會(huì)發(fā)生改變，分子的個(gè)數(shù)不一定相等.

2元素守恒的應(yīng)用

元素守恒是指化學(xué)反應(yīng)中元素的種類和質(zhì)量都不變.在初中化學(xué)解題中，可以通過(guò)元素守恒來(lái)驗(yàn)證化學(xué)方程式的正確性，以及解決與原子種類和質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題.例如，在計(jì)算物質(zhì)的純度、確定物質(zhì)的組成等方面，都可以運(yùn)用元素守恒來(lái)解決問(wèn)題［3］.

例2某課外化學(xué)興趣小組發(fā)現(xiàn)木炭與濃硫酸加熱后產(chǎn)生了氣體，小組同學(xué)在老師的指導(dǎo)下探究該氣體性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)該氣體具有刺激性氣味，且能使澄清的石灰水變渾濁.

［提出問(wèn)題］氣體的成分是什么？

［猜想與假設(shè)］

（1）小亮：該氣體只含CO2

小秋：該氣體只含SO2

小青：該氣體含，

其中小亮的猜想遭到了其他同學(xué)的反對(duì)，理由是：.

［查閱資料］

①SO2能與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)，使其褪色，

②SO2+Ca（OH）2CaSO3↓+H2O（即SO2也能使澄清石灰水變渾濁）

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)］如圖1所示

［現(xiàn)象與分析］

（2）裝置B中酸性高錳酸鉀溶液顏色變淺，裝置C中澄清石灰水變渾濁，裝置B的作用是，裝置C中反應(yīng)的化學(xué)方程式為.

［實(shí)驗(yàn)結(jié)論］小青的猜想成立.

［反思交流］

（3）有同學(xué)認(rèn)為，木炭與濃硫酸加熱后生成的產(chǎn)物中，除上述已驗(yàn)證的物質(zhì)外，至少還有一種產(chǎn)物，原因是：.

解析（1）①該氣體具有刺激性氣味，根據(jù)元素角度可推測(cè)是含有硫元素的二氧化硫，且能使澄清的石灰水變渾濁，說(shuō)明氣體中有二氧化碳，故填：CO2和SO2；②二氧化碳是無(wú)色無(wú)味的氣體，沒(méi)有刺激性氣味，不符合生成氣體的特征，故填：CO2不具有刺激性氣味.

（2）①根據(jù)資料可知二氧化硫能使高錳酸鉀褪色且也可和石灰水反應(yīng)生成沉淀，干擾二氧化碳的檢驗(yàn)，所以裝置B的作用就是為了檢驗(yàn)并除去二氧化硫；②二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣和水，故化學(xué)方程式為：Ca（OH）2+CO2CaCO3↓+H2O.

（3）從元素守恒角度看，反應(yīng)物碳和硫酸中含有碳、氫、硫、氧四種元素，生成的氣體二氧化碳和二氧化硫中只含有碳、硫、氧元素，混合氣體中沒(méi)有氫元素，那么至少還有別的產(chǎn)物含有氫元素，故填：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類不變，反應(yīng)物中有氫元素，反應(yīng)產(chǎn)物中一定有氫元素，故至少還有一種產(chǎn)物.

3電荷守恒的應(yīng)用

電荷守恒是指化學(xué)反應(yīng)中陰陽(yáng)離子所帶的電荷總數(shù)不變.在初中化學(xué)解題中，可以通過(guò)電荷守恒來(lái)驗(yàn)證化學(xué)方程式的書寫是否正確，以及解決與電荷有關(guān)的問(wèn)題.例如，在計(jì)算電解水的產(chǎn)物質(zhì)量、確定溶液中的離子濃度等方面，都可以運(yùn)用電荷守恒來(lái)解決問(wèn)題.

例3宏觀和微觀相結(jié)合是認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的重要方法.

（1）下表1為三種元素原子的結(jié)構(gòu)示意圖.

①上表中x=.氟原子在反應(yīng)中易（選填“得到”或“失去”）電子.

②鎂原子失去2個(gè)電子所形成離子的符號(hào)為.

③已知這三種原子的核外電子層數(shù)越多，原子半徑越大；核外電子層數(shù)相等時(shí)，核電荷數(shù)越多，原子半徑越小.這三種原子中半徑最小的是.

（2）守恒思想是化學(xué)中重要的學(xué)科思想，電荷守恒便是其中之一，電荷守恒是指溶液中所有的陽(yáng)離子所帶正電荷之和等于所有陰離子所帶負(fù)電荷之和.例如：某K2CO3溶液中含有x個(gè)K+，y個(gè)CO2-3，則該溶液電荷守恒可表示為x=2y.現(xiàn)有一混合溶液，組成如表2所示.

則該混合液的電荷守恒可表示為（用a、b、c、d表示）

解析（1）表中為三種元素原子的結(jié)構(gòu)示意圖，質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)，故x=7-2=5；

氟原子最外層電子數(shù)7個(gè)，大于4，容易得到電子；

根據(jù)離子符號(hào)的書寫，將數(shù)字和正負(fù)號(hào)標(biāo)在元素符號(hào)的右上角，先寫數(shù)字，后標(biāo)正負(fù)號(hào)，鎂原子失去2個(gè)電子所形成離子的符號(hào)為：Mg2+；

已知這三種原子的核外電子層數(shù)越多，原子半徑越大，氮、氟原子都只有2個(gè)電子層，鎂原子有3個(gè)電子層，故半徑最大，核外電子層數(shù)相等時(shí)，核電荷數(shù)越多，原子半徑越小，氮原子與氟原子都有2個(gè)電子層，氟原子的核電荷數(shù)多，故氟原子的原子半徑最小；

（2）a個(gè)Na+帶a個(gè)單位正電荷，b個(gè)Al3+帶3b個(gè)單位正電荷，c個(gè)NO-3帶c個(gè)單位負(fù)電荷，d個(gè)SO2-4帶2d個(gè)單位負(fù)電荷，根據(jù)電荷守恒即溶液中所有的陽(yáng)離子所帶正電荷之和等于所有陰離子所帶負(fù)電荷之和，則該混合液的電荷守恒可表示為：a+3b=c+2d.

4運(yùn)用守恒思想解題的思路

在初中化學(xué)中，運(yùn)用守恒思想解題是一種重要的解題策略和方法，它可以幫助學(xué)生在解題過(guò)程中快速找到解題思路.

4.1理解守恒思想

在解題前，學(xué)生一定要深入理解守恒思想的基本原理，掌握守恒思想的表達(dá)形式和應(yīng)用范圍，掌握各類守恒思想解題的方法要領(lǐng)，學(xué)會(huì)知識(shí)和方法的遷移.

4.2善于觀察和分析

在解題過(guò)程中，學(xué)生要善于觀察和分析題目中給定的信息，反復(fù)挖掘和開(kāi)發(fā)這些信息，找出其中的守恒關(guān)系，如質(zhì)量守恒、元素守恒或電荷守恒等，結(jié)合不同守恒思想的具體表達(dá)形式快速找到解題的突破口.

4.3靈活選用多種守恒關(guān)系

在解題過(guò)程中，在吃透各類守恒形式的情況下，要根據(jù)題目的具體情況，靈活選用這些守恒關(guān)系，做到不生搬硬套，以提高解題效率和質(zhì)量.在得出答案后，要進(jìn)行驗(yàn)證，確保答案的科學(xué)性和可靠性［4］.

5結(jié)束語(yǔ)

守恒思想在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用，可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，提高解題的準(zhǔn)確性和效率.同時(shí)，守恒思想的運(yùn)用也可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深入理解和掌握，為后續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).此外，守恒思想的運(yùn)用還可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高.

參考文獻(xiàn)：［1］ 趙鑫.巧用守恒思想解答初中化學(xué)試題［J］.試題與研究，2023（36）：27-29.

［2］萬(wàn)金漢.守恒思想在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用［J］.數(shù)理化學(xué)習(xí)（初中版），2014（11）：38.

［3］王慶越.守恒思想在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用［J］.數(shù)理化解題研究，2022（23）：113-115.

［4］王祖英.守恒思想在初中化學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.化學(xué)教學(xué)， 2017（2）： 25-29.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］