巧借“守恒法”解決高中化學計算難題

謝國芳

(華東師范大學鹽城實驗中學 224000)

“守恒法”是高中化學階段常見的一種技巧性解題方法之一，也是高考中常用的解題方法和解題技巧.化學反應通常包括“變化”及“不變”的守恒思想，在實際解題過程中，可以通過學習把握化學中的“不變”思想，優化解題思路，提高解題效率.在高中化學階段常接觸到的守恒思想包括：質量守恒、元素原子守恒、得失電子守恒，以及電荷守恒四個方向.

1 質量守恒

質量守恒是指在宏觀意義上，各個元素質量反應前后相等.這一守恒關系常見與題目中給予質量關系較多，可以使用質量守恒定律去尋求守恒關系的題目.學生在實際解題過程中，首先需要明確求解量，其次根據提示條件找出守恒關系，進而列式求解.

例1 向200 mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐漸加入鐵粉，產生氣體的量隨鐵粉質量的變化如圖1所示(已知硝酸只被還原為NO氣體).下列分析正確的是( ).

圖1

A．OA段、BC段產生的氣體都是NO

B．A點溶液中的溶質為Fe(NO3)2和H2SO4

C．原混合酸中H2SO4的物質的量濃度為1 mol·L-1

D．向C點溶液中再加入足量的稀硝酸，仍然能生成NO

AB段發生反應：

BC段發生反應：

故OA段生成的氣體為NO，BC段生成的氣體為H2，故A錯誤；B選項，OA段發生反應：

題后反思本題是質量守恒的圖像題.通過分析題目中的所給條件可以快速判斷出可以通過質量守恒關系，列出等式，進而求解.通過分析圖像所給出的條件，可以判斷出在各個階段會發生的化學反應，再根據酸和金屬的化學反應特征找準等量關系，進而求解.在利用質量守恒關系有關的題目時，要把握質量不變和質量相等的守恒關系，理清m(A)=m(B)，進而列式求解.

2 元素原子守恒

元素原子守恒是指微觀粒子個數，比如原子、離子等，在反應前后是相等的.在利用元素原子守恒求解的過程中，要把握反應前后，哪些微粒存在相等關系或個數不變的規律，進而找出對應關系式，求解原題.

例2將一定量銅粉與一定量的濃硫酸反應，當銅粉完全反應時，收集到3.36 L氣體(標準狀況)，則消耗硫酸的物質的量是( ).

A．0.15mol B．0.20mol

C．0.30mol D．0.40mol

題后反思本題重點在于利用化學方程式和原子守恒定律求解所消耗硫酸的物質的量.本題除了利用硫原子反應前后守恒之外，還使用了電子轉移守恒定律，需要學生靈活判斷.提高自己的解題效率.

3 得失電子守恒

得失電子數守恒主要應用于氧化還原反應，它是針對氧化還原反應中氧化劑得電子的總數等于還原劑失電子的總數.這一等量關系僅能用于氧化還原反應中，也是解決氧化還原反應問題的最佳思路，學生在面對此類型的化學反應時，要注意觀察，著重使用，節約解題時間.

例3 已知反應

dCu2S+eFeSO4+fH2SO4

每當有6 mol H2O參加反應時，轉移電子數為( ).

A．9.5NAB．10.5NAC．11.5NAD．12.5NA

分析選B.根據反應前后原子守恒，可將化學方程式改寫為：

根據化學方程式可以列出以下等式：

①根據硫原子守恒：

②根據氧原子守恒：

4a+c=4b+4c?4a=4b+3c

將a和c代入化學方程式可得：

7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4

再根據化合價變化規律：化合價下降的總數：反應前FeS2中的化合價為-1價，其中有7個變為-2價；反應前Cu為+2價，反應后為+1價，所以下降總數為21.化合價上升的總數：反應前FeS2中的化合價為-1價，其中有3個變為+6價，所以上升總數也為21.從化學方程式可以看出當反應有12 mol H2O參與反應時轉移21 mol電子，所以當反應6 mol H2O時轉移電子數為10.5 mol，即10.5NA.

題后反思本題中的關鍵信息在于把握題設中的已知條件.通過常見元素的化合價以及氧化還原反應過程中的配平關系，以及氧化還原反應中得失電子守恒判斷得出等量關系式，進而求解.學生在利用得失電子守恒關系求解氧化反應類型的題目時，首先需要把握氧化劑的得電子總數以及還原劑的失電子總數，進而列出得電子數等于失電子數的關系式，最后求解.在解決這類問題時，學生要明確求解量，方便找準關系式，提高解題正確率.

4 電荷守恒

電荷關系守恒也是守恒關系中應用較廣的一種，它主要是指在電解質溶液中陽離子所帶的正電荷總數與陰離子所帶的負電荷總數相等，這是根據溶液始終呈電中性所得出來的等量關系.這一守恒關系常見于求解溶液中，學生可以靈活把握.

題后反思本題是電荷守恒的基礎題，展示的守恒關系較為明顯.根據混合溶液呈電中性的原則，我們可以較快地列出溶液中正電荷數量等于溶液中負電荷數量這一等量關系式，進而列式求解，難度較低，屬于基礎題型，學生需要重點掌握.

例5 把VL含有MgSO4和K2SO4的混合溶液分成兩等份，一份加入含amol NaOH的溶液，恰好使鎂離子完全沉淀為氫氧化鎂；另一份加入含bmol BaCl2的溶液，恰好使硫酸根離子完全沉淀為硫酸鋇.則原混合溶液中鉀離子的物質的量濃度為( ).

分析A正確.分析題意可知，混合溶液分成兩等份時，每份溶液濃度與原溶液濃度相同，一份加氫氧化鈉溶液時發生反應：

另一份加BaCl2的溶液有反應：

根據電荷守恒每份中：

故每份中溶液

故原溶液中鉀離子濃度為：

A正確.

題后反思本題主要考查離子反應中的混合溶液計算，需要根據電荷守恒計算出鉀離子的物質的量.首先在分析題目時可以發現，兩等份溶液中的濃度是相等的，并且根據反應物的不同、離子方程式的不同，所得出的生成物的物質的量也是不同的，但可以通過電荷守恒判斷得出每份溶液中鉀離子的物質的量，進而根據濃度等于物質的量除以體積計算得出鉀離子的濃度.本題屬于中檔題，需要學生根據不同的化學反應靈活計算，學生要重點掌握.