基于守恒思想的高中化學(xué)技巧運(yùn)用

【摘 要】在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，守恒思想是非常重要的一種解題方法，如果學(xué)生能夠深刻認(rèn)識(shí)到守恒思想的本質(zhì)，巧用守恒思想來(lái)解決化學(xué)題目，定會(huì)起到事半功倍的效果。對(duì)于近些年的高考化學(xué)試題進(jìn)行觀察也能夠看出高考在守恒思想知識(shí)點(diǎn)方面所設(shè)置的考題分值也越來(lái)越大，這足以表明我們廣大的高中生巧用守恒思想，仔細(xì)摸索守恒思想在高中學(xué)習(xí)解題中的運(yùn)用技巧時(shí)的重要意義。本文主要對(duì)于常見(jiàn)的幾種守恒思想，如質(zhì)量守恒、電荷守恒、得失電子守恒等方法的運(yùn)用技巧進(jìn)行介紹，同時(shí)結(jié)合相關(guān)題目加以說(shuō)明，以期為其他高中生在運(yùn)用守恒思想時(shí)提供一些參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】守恒思想；高中化學(xué)；技巧；運(yùn)用

對(duì)于近些年來(lái)的化學(xué)高考題目進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其在守恒思想知識(shí)點(diǎn)方面設(shè)置考題所占的分值比例越來(lái)越大。而守恒思想在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中是必不可少的一種方法，如果我們廣大的高中學(xué)生能夠掌握守恒思想的本質(zhì)，抓住題目設(shè)置中相關(guān)變化的始態(tài)與終態(tài)，而忽略中間所進(jìn)行的過(guò)程，就可以快速建立起等式關(guān)系，簡(jiǎn)化解題思路，迅速得出正確答案，起到事半功倍的效果。因此，對(duì)于如何正確運(yùn)用守恒思想建立起關(guān)系式進(jìn)行分析，得出其在高中化學(xué)解題方面的技巧方法來(lái)，有著非常重要的意義。將這些學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)能夠?yàn)槠渌咧袑W(xué)生在運(yùn)用守恒思想方法時(shí)提供一些參考借鑒作用。

一、在平衡類計(jì)算題方面巧用守恒思想

計(jì)算題在高中化學(xué)中所占的比例很大，有很多計(jì)算題其實(shí)是無(wú)需詳細(xì)計(jì)算就可以得出答案的，特別是一些選擇題。而在高中化學(xué)平衡計(jì)算中運(yùn)用守恒思想可以實(shí)現(xiàn)快速解題的目的，有些時(shí)候還能驗(yàn)證計(jì)算答案是否正確。其中經(jīng)常用到的守恒思想有電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒以及物料守恒等。

例1.在恒溫條件下，把a(bǔ) molN2和b molH2的混合氣體通入到一個(gè)容積固定的密閉容器中并發(fā)生以下反應(yīng)：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）。如果反應(yīng)進(jìn)行到某一時(shí)刻t時(shí)，nt（N2）= 13mol，nt（NH3）= 6mol。試計(jì)算a的值。

解析：在常規(guī)解題思路中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，列出相應(yīng)的等式，從而進(jìn)行求解。

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）

初始（mol）： a b 0

轉(zhuǎn)化（mol）： 3 9 6

平衡（mol）： 13 9 6

由于n（初始）= n（平衡）+ n（轉(zhuǎn)化），因此代入已知數(shù)據(jù)，可以解得a為16mol。

而運(yùn)用守恒思想解題時(shí)，根據(jù)反應(yīng)前后氮元素守恒，反應(yīng)前氮元素僅在N2中存在，反應(yīng)平衡后氮元素在N2以及NH3中存在，因此得出等式n（N2）= nt（N2）+ 1/2n（NH3），代入已知數(shù)值得出n（N2）=16mol。

例2. 在一密閉容器中加入碳以及水蒸氣，一定溫度下發(fā)生如下反應(yīng)：

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g） （1）

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g） （2）

當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行完全并達(dá)到平衡時(shí)，得知c（H2）=1.9mol/L，c（CO）=0.1mol/L，那么c（CO2）為多少（ ）。

A. 0.1mol/L B. 0.9mol/L

C. 1.8mol/L D. 1.9mol/L

解析：在常規(guī)解題思路中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，列出相應(yīng)的等式進(jìn)行求解。假設(shè)在第一步反應(yīng)中所得到的 CO是x mol/L，在第二步反應(yīng)中所消耗的CO是y mol/L，那么

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）

轉(zhuǎn)化： x x

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）

轉(zhuǎn)化：y y y y

因此在反應(yīng)達(dá)到平衡之后，可以得出關(guān)系式c（H2） = x + y = 1.9mol/L，c（CO） = x-y = 0.1mol/L，從而解得y = 0.9mol/L，也就是c（CO2）為 0.9mol/L。

而運(yùn)用守恒思想解題時(shí)，根據(jù)原子守恒定律，反應(yīng)生成的CO與CO2中的氧原子都是由原料中的H2O所得到的，而H2O中的氫原子都轉(zhuǎn)化生成H2，根據(jù)氫原子守恒得到c（H2） = c（H20），根據(jù)氧原子守恒得到c（H2O） = c（CO） + 2c（CO2） 。將已知數(shù)值c（H2）=1.9mol/L，c（CO）=0.1mol/L代入上述等式中，得到c（CO2） = 0.9mol/L，因此答案為B。

二、在氧化還原反應(yīng)類計(jì)算題方面巧用守恒思想

氧化還原反應(yīng)也是高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的一個(gè)重點(diǎn)與難點(diǎn)，在解決這一類試題時(shí)，通常的做法是寫出化學(xué)方程式并配平，再運(yùn)用電子得失守恒進(jìn)行計(jì)算。因此可以毫不夸張地說(shuō)涉及到氧化還原反應(yīng)的化學(xué)計(jì)算題必然要運(yùn)用守恒思想。

例3. 將標(biāo)況下3.36 L的Cl2通入100mlFeBr2溶液中，Cl2全部被還原，并且溶液中Br-的溶度與Cl-的溶度相等，那么原FeBr2溶液的物質(zhì)的量濃度為（ ）

解析：這是關(guān)于氧化還原反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的計(jì)算題，在解題時(shí)要抓住題干中的關(guān)鍵點(diǎn)：Cl2被全部還原，且c（Cl-）=c（Br-）；同時(shí)題干中還有隱含的條件：FeBr2中的Fe2+被全部氧化，而B(niǎo)r-被部分氧化。在分析出這些已知條件之后，可以運(yùn)用不同的守恒方法進(jìn)行解題：

方法一 電荷守恒法

由反應(yīng)可以得知氧化還原反應(yīng)的產(chǎn)物為FeCl3、FeBr3以及Br2，根據(jù)電荷守恒定律：電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子所帶電荷總數(shù)等于陰離子所帶電荷總數(shù)，可知所得電子的總物質(zhì)的量等于×2×1 = 0.3mol。由于溶液中c（Cl-）=c（Br-），根據(jù)電解質(zhì)溶液中正電荷總數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)，得出關(guān)系式：c（Fe3+）×0.1L×3 = 0.3mol×2，從而得出c（Fe3+） = 2mol/L。由于溶液中的Fe3+全部來(lái)源于Fe2+，且是等物質(zhì)的量轉(zhuǎn)化，所以可以得到原FeBr2溶液的物質(zhì)的量濃度也等于2mol/L。

方法二 電子得失守恒

在氧化還原反應(yīng)中，存在著得失電子相等的定律，也就是還原反應(yīng)所得電子總數(shù)與氧化反應(yīng)所失電子總數(shù)相等。假設(shè)FeBr2的物質(zhì)的量濃度是x mol/L，那么：還原劑所失電子總數(shù)=氧化劑所得電子總數(shù)。由于反應(yīng)中存在未被氧化的Br-，Cl2全部被還原，因此Cl2所得電子的總物質(zhì)的量=Fe2+所失電子的總物質(zhì)的量+Br-的總物質(zhì)的量﹣未被氧化的Br-的總物質(zhì)的量，即：×2×1 = x mol/L×0.1L×1+2x mol/L×0.1L×1-×2×1。得出x為2mol/L。

此外，這一題目還可以運(yùn)用原子守恒以及質(zhì)量守恒方法進(jìn)行求解，但是其計(jì)算過(guò)程較為繁冗，且計(jì)算原理與電荷守恒以及電子得失守恒相近，因此這里不再進(jìn)行贅述。

例4. 將1.92g的Cu加入到一定量的濃HNO3中進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，Cu含量不斷減少，反應(yīng)所得到的氣體顏色逐漸變淺。當(dāng)Cu反應(yīng)完全時(shí)，共得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12L的氣體。那么參加反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量為多少。

解析：在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，Cu與濃HNO3反應(yīng)生成NO2氣體，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，HNO3的濃度逐漸降低，所得到的氣體為NO。因此在本題中所生成的氣體為NO2與NO的混合氣體，根據(jù)氮原子守恒可以得出：n（HNO3） = 2n[Cu（NO3）2]+n（NO）+n（NO2）=2n[Cu（NO3）2]+n（氣體），代入已知數(shù)據(jù)可以解得參與反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量為0.11mol。

三、在解決混合氣體分子量方面巧用守恒思想

例5.把33.6L的 NO2、NH3以及O2混合氣體通過(guò)稀H2SO4后，混合氣體的總體積減小為11.76L，氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得，而溶液質(zhì)量則增加了26.4g，同時(shí)通過(guò)稀H2SO4之后的混合氣體仍然可以讓帶火星的木條復(fù)燃。求之前的混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量。

解析：這一計(jì)算題如果按照常規(guī)的做法，需要先寫出反應(yīng)方程式并根據(jù)已知關(guān)系式列出等式，再代入數(shù)值得到混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量。這樣計(jì)算時(shí)過(guò)程非常繁瑣，且涉及到的計(jì)算量很多，容易出錯(cuò)。但是如果運(yùn)用質(zhì)量守恒定律，那么這道題就會(huì)變得非常簡(jiǎn)單，其計(jì)算過(guò)程為：

由于混合氣體在通過(guò)稀硫酸之后沒(méi)有其他新的氣體產(chǎn)生，因此根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，原混合氣體的總質(zhì)量為26.4g加上11.76L氣體的質(zhì)量，可以得到以下關(guān)系式：

r（混）==28.8

即原混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為28.8。

四、在解決溶液中離子濃度關(guān)系問(wèn)題方面巧用守恒思想

不論是何種類型的電解質(zhì)溶液，都存在著下述的等量關(guān)系，即：陽(yáng)離子帶的正電荷總量=陰離子帶的負(fù)電荷總量的等量關(guān)系，化合物中離子（或原子）個(gè)數(shù)固定的比例關(guān)系以及酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子數(shù)目相同的關(guān)系。對(duì)于涉及到電解質(zhì)電離方面的計(jì)算題時(shí)，只要巧用這三種關(guān)系式就可以輕松得出題目的答案來(lái)。

例6. 在1mol/L的Na2S溶液中，以下關(guān)系式中錯(cuò)誤的是（ ）

A.c（S2-）+c（HS-）+c（H2S）=c（Na+）

B. c（Na+）+c（H+）=2c（S2-）+c（HS-）+c（OH-）

C.c（NaHS）+2c（H2S）=c（NaOH）

D.c（H+）+c（HS-）+2c（H2S）=c（OH-）

解析：在Na2S當(dāng)中，存在著關(guān)系式n（Na+）=2n（S2-），當(dāng)Na2S溶于水形成水溶液時(shí)，硫元素以三種形式存在，分別是S2-、HS-以及H2S。根據(jù)物料守恒定律可以得出c（S2-）+c（HS-）+c（H2S）=c（Na+），因此A選項(xiàng)正確。

在Na2S溶液中存在著Na+、H+、OH-、HS-以及S2-離子，而陽(yáng)離子所帶電荷總量等于陰離子所帶電荷總量，溶液呈現(xiàn)電中性，從而可以得出1×c（Na+）×V+1×c（H+）×V+（-1）×c（OH-）×V+（-1）×c（HS-）×V+（-2）×c（S2-）×V=0。式中V為溶液的總體積，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化以后可以得到c（Na+）+c（H+）=2c（S2-）+c（HS-）+c（OH-），因此B選項(xiàng)也正確。

在Ns2S溶液當(dāng)中，其H+與OH-都是由水電離所得到的，同時(shí)得到的H+與OH-是等物質(zhì)的量的關(guān)系，因此n（H+）= n（OH-），而H+在溶液中存在的形式有三種，分別是H+、HS-以及H2S，因此可以得出c（H+）+c（HS-）+2c（H2S）=c（OH-），即D選項(xiàng)正確。D選項(xiàng)運(yùn)用的是“酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子數(shù)目相同”這一等量關(guān)系，而在C選項(xiàng)中缺少c（H2O）這一項(xiàng)，因此是錯(cuò)誤的，答案為C。

總而言之，守恒思想在整個(gè)高中化學(xué)解題與學(xué)習(xí)中都是非常重要的一種手段，同時(shí)也是最為行之有效的一種方法。如果我們學(xué)生勤加訓(xùn)練，平時(shí)注意多運(yùn)用守恒思想來(lái)解題，那么定會(huì)起到事半功倍的效果，在提高解題效率之余也能夠培養(yǎng)起對(duì)于化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。此外，將守恒思想與其他方法相結(jié)合運(yùn)用到高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，也是未來(lái)高中化學(xué)課改的必然趨勢(shì)，值得我們廣大的高中學(xué)生去多加思考與摸索。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉萬(wàn)清.淺談?dòng)檬睾闼枷虢鉀Q高中化學(xué)計(jì)算題[J].教育教學(xué)論壇，2013.27：253-254

[2]張昊.守恒思想在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——探討守

恒法解題技巧[J].理科考試研究，2015.05：45

[3]王旭瑞.高中化學(xué)守恒思想的應(yīng)用[J].課程教育研究，2014.32：180

[4]姜海濤.例析高中化學(xué)教學(xué)中守恒思想的確立及應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究（高中版），2009.06：52-56

[5]戴玥.試論化學(xué)思想方法在高中化學(xué)教學(xué)中的滲透[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2007

[6]羅琴.例談守恒法在化學(xué)解題中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2012.35：139