守恒思想在解決化學問題中的運用

摘要：化學計算能力是學生化學學科能力的集中體現，而化學計算技巧是中學化學學習的較高境界。守恒思想是解決化學問題的一種極其重要的方法與技巧，其特點是抓住有關變化的始態與終態，不糾纏過程的細節，利用其中的某種有關變量建立關系式，從而簡化思路快速解題，守恒思想包括質量守恒、得失電子守恒、電荷守恒。

關鍵詞：守恒思想；解決化學問題；運用

一、質量守恒

化學反應的實質是原子之間的重新組合，反應前后組成物質的原子個數保持不變，即化學反應中反應物總質量等于生成物總質量，即質量守恒。又因為同種元素原子的物質的量（或原子數）在反應前后不變，又稱原子守恒。

（一）物質質量守恒

在化學反應過程中找準反應前后的質量關系，利用質量不變的規律可快速解題。

例1：在臭氧發生器中裝入100mlO2，以3O2=2O3的形式反應，最后氣體體積為95ml，（體積均為標況下測定）則反應后混合氣體的密度為 g·L-1。

解析：根據反應前、后容器中氣體的質量不變，反應后混合氣體的質量等于反應前100mlO2的質量，則反應后混合氣體的密度為0.1L÷22.4L/mol×3.2g.mol-1÷0.095L=1.5g.L-1。

答案：1.5

（二）原子守恒

抓住初始反應物和最終生成物中某一原子（或原子團）不變的規律，找到等量關系進行求解。

例題2： 鐵和氧化鐵混合物15g，向其中加入稀硫酸150ml能放出H21.68L（標準狀況），同時鐵和氧化鐵均無剩余，向反應后的溶液滴入KSCN溶液，未見顏色變化，為中和過量的H2SO4，且使Fe2+完全轉化為Fe（OH）3，共消耗3mol/L NaOH溶液200ml，則原H2SO4的物質的量濃度為 。

A 1.5 mol/L B 2 mol/L C 2.5 mol/L D 3 mol/L

解析：本題看似復雜，實際很簡單，只要抓住元素守恒即可。因為整個反應結束后溶液中只有Na2SO4，則n（Na+）=2n（SO42-） =3 mol/L×0.2L=0.6mol，n（SO42-）=C（H2SO4）×0.15L。

答案：B

（三）物料守恒

電解質溶液中某一組分的初始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和，其實質上也就是元素守恒。

常見溶液的物料守恒式有：

CH3COONa：C（Na+）=C（CH3COOH）+C（CH3COO-）

Na2CO3：C（Na+）=2[C（CO32-）+C（HCO3-）+C（H2CO3）]

NH4Cl：C（Cl-）=C（NH+4）+C（NH3.H2O）

例3：下列溶液中微粒的物質的量濃度關系正確的是（ ）

A 氯水中：C（Cl2）=2[C（ClO-）+C（Cl-） +C（HClO）]

B 在25℃ 100ml NH4Cl 溶液中： C（Cl-）﹥C（NH4+）+ C（NH3.H2O）

C 等濃度的NaClO與NaHCO3混合溶液中：C（HClO）+C（Cl-）= C（HCO3-） + C（H2CO3）

D 等濃度醋酸和氫氧化鈉等V混合溶液中：C（OH-）= C（H+）+ C（CH3COOH）

解析：氯氣溶于水，大部分氯氣以分子形式存在，少部分與水反應生成HCl和HClO，所以氯水中無法比較C（Cl2）與〔C（ClO-）+C（Cl-） +C（HClO）〕的大小，A錯誤；依據物料守恒式C（ClO-） = C（NH4+1）+ C（NH3.H2O）可知B 錯誤；依據物料守恒式C（HClO）+（ClO-）=C（HCO3-）+C（CO32-）+C（H2CO3）可知C 錯誤；D是質子守恒式。

答案：D

二、得失電子守恒

在氧化還原反應中，還原劑失去電子總數與氧化劑得到的電子總數相等，在解題中找到有元素化合價升高的和降低的物質，列等式求解。

例4：1.92gCu投入到一定量的濃HNO3中，銅完全溶解，用試管收集生成的氣體，顏色越來越淺，共收集到672ml氣體（標準狀況下），將盛有此氣體的試管倒扣在水中，通入O2恰好使氣體完全溶解在水中，則需要標準狀況下的O2的體積為（ ）

A 504ml B 168ml C 336ml D 224ml

解析：分析各物質的始態和終態，Cu由單質轉變為Cu2+，化合價升高，HNO3前后沒變，O2由0價變為-2價，化合價降低，根據得失電子守恒，V（O2）÷22.4L/mol×4=0.06，故V（O2）=0.336L。

答案：C

三、電荷守恒

電解后溶液總是呈電性，電解質溶液中陽離子所帶正電荷總數與陰離子所帶的負電荷總數相等，電荷守恒主要應用于以下三個方面。

（一）離子方程式中

例5：在一定條件下，RO3n-+6I-+6H+==R-+3I2+3H2O，RO3n-中的n為 。

解析：依據電荷守恒：-n+（-1）×6+（+1）×6=-1，n為1。

（二）溶液呈電中性

例6：將兩個鉑電極插入500mlCuSO4溶液中進行電解，通電一段時間后，某一電極增重0.064g（設電解中無H2放出且不考慮水解和溶液體積的變化），此時H+的濃度為（ ）

A 4×10-3mol/L B 2×10-3mol/L

C 1×10-3mol/L D 1×10-7mol/L

解析：由電中性原理，CuSO4中的Cu2+電解為Cu后所缺少的正電荷，由生成的H+補充，故n（H+）=2n（Cu2+）=2×0.064g÷64g/mol=2×10-3mol，C（H+）=2×10-3mol÷0.5L=4×10-3mol/L。

答案：A

（三）溶液酸堿性的判斷

例7：25℃時向NH4Cl溶液中加NH3H2O，當溶液中C（NH4+）=C（Cl-）時溶液的PH值為（ ）

A 27 B =7 C <7 D 無法判斷

解析：混合溶液中，存在電荷守恒式：C（H+）+C（NH4+）=C（OH-）+ C（Cl-），因為：C（NH4+）= C（Cl-），所以：C（H+）=C（OH-）。

答案：B

我們在解決化學問題時經常會碰到守恒思想，只有全面準確地掌握了化學基礎知識，我們才能把守恒思想靈活地運用于化學問題的解決中。