高中化學解題中守恒法的運用研究

陳善佐

(甘肅省白銀市景泰縣第一中學 730400)

1 高中化學運用守恒法的概述

1.1 守恒法內涵

守恒法主要指依據化學反應當中的某個相應不變的量進行化學問題解答，其是高中化學具體計算過程中常用到的解題方法，以守恒法進行化學題的解答，通常要求學生能夠準確的把握化學反應中物質內在的守恒關系.守恒法的優勢就是不用對解題當中的相關細枝末節進行探討，也不用對化學反應當中物質量的起始狀態與最終狀態進行考慮，通過對化學反應當中內在守恒關系進行直接把握，迅速構建起化學問題的求解公式，以此巧妙的實現對于化學題的求解.對于守恒定律而言，其通常存在于所有的化學反應當中，不論是反應的過程，還是反應物與生成物的質量總和及化合價的變化總數，是電荷總和，還是參與到反應物質的原子總數，都滿足守恒規律，因此，需準確地把握化學反應過程的守恒定律，并在解題中形成事半功倍的解題效果.較為常見的守恒法通常有原子守恒、元素守恒、質量守恒、電子守恒、電荷守恒等，其都是在進行化學問題解決時的重要依據，需學生熟練掌握，以實現守恒法的靈活應用.

1.2 守恒法特點

對于守恒法而言，通過對其實施深入研究可知，守恒法通常具有簡便性、廣泛性、易理解的特征.第一，廣泛性.能量、電荷、質量三個守恒定律屬于世間萬物都具有的規律，而就化學反應而言，不論經歷多復雜的物質變化以及化學反應，其生成物和反應物的守恒規律都不能與三種守恒定律相違背，且反應之前與反應之后的能量、質量、電荷總和都不會出現改變，因此，守恒法在高中化學實際解題中得到了廣泛應用.第二，簡便性.對于高中的化學問題而言，其解答過程通常是極其嚴謹且復雜的，化學題的各種計算思路所使用的公式也都是不同的，高中化學的解題中應用守恒法，只要準確把控化學反應前后之間的守恒關系，就能促進相關化學問題的有效解決.第三，易理解.守恒法運用于高中化學的試題解決中，與其他的解題方法相對比，其在內容上更加簡單，其表達形式也更容易被學生所理解.

1.3 守恒法解題技巧分析

第一，準確掌握質量守恒習題的解題技巧與方法.質量守恒需準確的把握住“生成物總量、反應物總量、原子種類、元素種類、質量、數目”等保持不變的原則，指定反應之后物質的種類即物質構成的分子種類必然是會出現改變的，而生成的分子總數也可能出現較大的改變.第二，準確掌握能量守恒習題的解題技巧與方法.對于能量守恒而言，其本質就是能量的轉化性與傳遞性，其能夠從一個物體逐漸轉移至另個物體，也能由一種形式轉變成另外一種形式，但卻不可以憑空消失或者產生.對于能量守恒而言，其實際應用形式是蓋斯定律，這通常需化學教師極其注意.第三，準確掌握電荷守恒習題的解題技巧與方法.電荷守恒的解題守恒等式的書寫，需全部的找出溶液當中的相關陰陽離子，尤其是電離水解形成的新離子，或是水的電離，正確的判斷出陰陽離子數之間的守恒，而并非是電荷守恒.第四，準確掌握電子守恒類習題的解題技巧與方法.根據電子守恒實施解題的時候，需依據化學反應的過程、明確電子數目、陳列等式關系等步驟實施計算，與傳統化解題方式相比，不僅能實現解題流程的簡化，而且還能實現解題準確率的提高.

2 高中化學解題中守恒法的運用

2.1 質量守恒法的運用

在守恒法中最基本的原理即質量守恒法，立足于宏觀層面，指的是參與化學反應的各物質的質量總和與反應后生成的各物質的質量總和是相等的；立足于微觀層面，指的是化學反應前后各元素數目、種類保持不變.

例1已知有A、B和C三種物質的混合物，其中，A物質30g，B物質15g，C物質10g，把三種物質的混合物放到封閉容器內加熱，化學反應結束后，可知容器內存在A物質15 g，B物質26 g，以及物質D，要求對反應后生成物和反應物間的質量比進行計算.

解析已知題目中物質皆以符號表示，因此進行解題時學生很難結合題意列出對應化學方程式，導致加大解題難度.此時，通過質量守恒法的運用，可以幫助學生找到突破口.結合質量守恒定律，進行解題時只需讓學生明白化學反應中的生成物、反應物、以及參加反應的各物質質量及生成的各物質質量分別是什么即可結合題目可知，A、C物質的質量減少，因此二者為反應物，前者參加反應的質量為30g-15g=15g，C質量10g.B、D質量得到增加，因此是化學反應生成物，B的生成質量即26g-15g=11g.結合質量守恒定律mA+mC=mB+mD，可得：15+10=11+mD，解出D質量14g，因此，反應中A、B、C、D的質量比為15∶11∶10∶14.

2.2 電子守恒法的運用

電子守恒即氧化還原過程中得失電子的守恒.電子并不會憑空產生或消失，只能在物質之間轉移，因此失去電子的總和應等于得到電子的總和.

例2高溫環境中硫酸銨的分解，生成NH3、SO2、N2、H2O，求反應中生成的氧化產物與還原產物的物質的量之比為？

解析該反應中，氧化產物為氮氣，還原產物為二氧化硫，也就是說這道題實際上就是在求二氧化硫和氮氣的物質的量比.氮氣由硫酸銨中的氮變為氮氣中的氮，總共失去6個電子，硫酸中的硫原子到二氧化硫中的硫原子，失去2個電子，鑒于得失電子守恒，可得二氧化硫和氮氣的物質的量比為1∶3，因此這道題的答案就是1∶3.

在學生解題的過程中，通過電子守恒關系，能夠使學生快速列出方程式，無須學生死記硬背，就能對相關題目產生更深刻地理解，同時還有利于學生對題目意思進行精煉提取，以此促進解題效率和準確性的提升.

2.3 原子守恒法的運用

原子守恒即反應前后，原子個數不變.

例3使適量濃硝酸與適量銅進行反應，銅被完全溶解后，得到了22.4mL的氣體，在這一整個作用過程中，用到的硝酸物質的量為多少？已知銅的質量為38.4mg，氣體存在標準狀況下.

解析該題作為典型的運用原子守恒展開計算的試題，結合題目描述，和學生對硝酸與銅反應的掌握，可知整個反應過程中，硝酸與銅是參與反應的物質，生成物質包含硝酸銅和一氧化氮或二氧化氮，其中硝酸發揮著不同作用.

解析硝酸與銅產生反應時，部分硝酸起酸的作用生成硝酸銅，該過程中所用的硝酸物質的量為2n(Cu)=(38.4×10-3)÷64mol×2=1.2×10-3mol；剩余部分的硝酸發揮氧化作用，不論生成怎樣的氣體成分，都為硝酸的還原產物，因此該部分硝酸的物質的量為(22.4×10-3)÷22.4mol=1×10-3mol.所以，在整個反應過程中，共計消耗的硝酸的物質的量為1.2×10-3mol+1×10-3mol=2.2×10-3mol.

2.4 電荷守恒法的運用

電荷守恒法即電荷處于化學反應中不會發生改變或是被消滅.化學反應出現前后的電荷總量保持不變，在高中化學解題教學的過程中，通過電荷守恒法的應用，有利于幫助學生提高解題的效率，在采取電荷守恒法以后更具顯著效果.

例4有硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸所組成的混合溶液，其pH=1，鋁離子的濃度為0.4mol/L，硫酸根離子的濃度為0.8mol/L，求鉀離子的物質的量濃度為多少？

解析結合硫酸鉀、硫酸鋁和硫酸的化學式展開研究：將以上三種溶液混合到一起后，便可以對溶液中的硫酸根來源予以明確.確定溶液pH為1后，能夠得知溶液中的c(H+)=1×10-1mol/L.然后，引導學生書寫溶于溶液中的三種物質電離方程式：

綜上所述，在學生解答化學題目的過程中，結合已知條件及所求問題，實現對各種守恒定律的靈活應用，不僅可以幫助學生省去繁雜的化學計算和分析過程，減少計算時長，還可以幫助學生建立清晰的解題思路，引導學生對化學反應過程中參與反應物質的內在關系形成準確地掌握.