基于守恒思想的化學(xué)問題的解決策略

成 果

(南通市第一初級中學(xué),江蘇 南通 226004)

守恒思想是學(xué)生認(rèn)識化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)的基本觀念之一.顧名思義,守恒就是物質(zhì)在發(fā)生變化時(shí),或者兩種物質(zhì)在發(fā)生作用時(shí),某物理量保持不變.在化學(xué)學(xué)習(xí)中,守恒思想是化學(xué)變化過程中永恒的主題,主要包括:化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)總質(zhì)量的守恒現(xiàn)象、電解質(zhì)溶液中陰離子和陽離子帶電總數(shù)相平衡、氧化還原反應(yīng)中得失電子的總量守恒等.守恒思想不僅僅是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的重要思想,也是解決化學(xué)問題的重要思想.在解題實(shí)踐中,學(xué)生唯有深刻理解這一化學(xué)思想,才能輕松化解各種難題,不斷提升初中生的化學(xué)解題能力.

1 守恒思想在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用

1.1 質(zhì)量守恒與化學(xué)解題

質(zhì)量守恒是初中化學(xué)守恒思想中最為重要的組成,主要是指化學(xué)反應(yīng)過程中,反應(yīng)物和生成物之間的總體質(zhì)量不會發(fā)生改變,依然是相等的.在解答化學(xué)問題時(shí),利用這一守恒思想可對某種物質(zhì)的組成元素、化學(xué)式進(jìn)行推斷,還可以基于參與反應(yīng)的化學(xué)元素種類,推斷其反應(yīng)之后的物質(zhì)組成.

例1將3.0 g的物質(zhì)放在氧氣中進(jìn)行充分燃燒,經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測得出生成二氧化碳8.8 g、水5.4 g,那么該物質(zhì)一共含有哪些元素?

解析在解答本題目時(shí),關(guān)鍵在通過守恒思想對化學(xué)反應(yīng)前后元素守恒進(jìn)行判斷.在本題目中,經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)之后生成了二氧化碳和水,即:化學(xué)反應(yīng)之后生成的物質(zhì)元素主要有C、H、O三種.根據(jù)守恒思想得出,在化學(xué)反應(yīng)之前,由于氧氣中含有氧元素,因此參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)中必然含有C、H兩種元素,也可能含有O元素.

例2 某學(xué)生取26 g的氯化鋇溶液,將其置于試管中,向其中滴加了未知量分?jǐn)?shù)的稀硫酸溶液24.5 g,經(jīng)充分化學(xué)反應(yīng)之后,共得到沉淀物23.3 g,則化學(xué)反應(yīng)之后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少?

根據(jù)題目得知:

假設(shè)生成物質(zhì)HCl的質(zhì)量為x,則有233∶73=23.3 g∶x,計(jì)算得出x=7.3 g.

根據(jù)質(zhì)量守恒思想得出,化學(xué)反應(yīng)之后溶液的中質(zhì)量=化學(xué)反應(yīng)前各個(gè)物質(zhì)的總質(zhì)量-沉淀質(zhì)量,即:26.5 g+24.5 g-23.3 g=27.7 g.

因此,所求的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:

離散事件動態(tài)系統(tǒng)（Discrete Event Dynamic System，DEDS）是指系統(tǒng)的狀態(tài)由于某種事件的驅(qū)動而在一些不確定的離散時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，它是控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和大型復(fù)雜信息處理的重要理論基礎(chǔ)。由于其內(nèi)部機(jī)制的復(fù)雜性和狀態(tài)空間缺乏易操作的運(yùn)算結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，使得它無法用常規(guī)的數(shù)學(xué)方法來研究，所以計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)就成了最為實(shí)用的方法之一。現(xiàn)階段離散事件動態(tài)系統(tǒng)的研究目標(biāo)是運(yùn)用理論方法結(jié)合各種模型，全面反映離散事件動態(tài)系統(tǒng)的特性并給出針對實(shí)際問題的行之有效的解決方法。

7.3 g/27.7 g×100%=26.4 %

1.2 原子守恒與化學(xué)解題

原子守恒是初中化學(xué)守恒思想的重要組成,主要是指化學(xué)變化前后,原子的數(shù)目、種類、質(zhì)量之間并未發(fā)生改變.同時(shí),原子守恒還是解決化學(xué)問題的重要手段,通過這一守恒思想和定律,可對化學(xué)方程式進(jìn)行配平,或者確定物質(zhì)化學(xué)式,也可基于化學(xué)反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)不變的條件,對未知物質(zhì)的原子個(gè)數(shù)比將該物質(zhì)化學(xué)式推斷出來.

例3 完成下列化學(xué)方程式:

3____+3K2SO4+3H2O

解析針對這一題目,只要利用原子守恒思想,即可根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類守恒的定理,輕松將其推斷出來.在本題目中,由于反應(yīng)之前含有5種元素,即:K、I、H、S、O,化學(xué)反應(yīng)之后則含有4種化學(xué)元素,即:K、H、S、O;同時(shí),從化學(xué)反應(yīng)前后原子的個(gè)數(shù)上來說,化學(xué)反應(yīng)之前I的原子個(gè)數(shù)為6,反應(yīng)后系數(shù)為3,因此化學(xué)反應(yīng)中未知物質(zhì)為I2,即:

3I2+3K2SO4+3H2O[2]

例4 在一個(gè)密封的容器中,盛有四種物質(zhì),分別為甲、乙、丙、丁.這四種化學(xué)物質(zhì)在一定的條件下,經(jīng)過了充分地化學(xué)反應(yīng).化學(xué)反應(yīng)前后,這四種物質(zhì)的質(zhì)量見表1.求:

表1 反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量表

(1)x為多少?

(2)如果物質(zhì)甲和物質(zhì)丙相對應(yīng)的分子量比為8∶16,則物質(zhì)甲和物質(zhì)丙化學(xué)計(jì)量系數(shù)比為多少?

(3)已知該化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式為:

且甲的化學(xué)式為A2,丙的化學(xué)式為B2C2,則丁的化學(xué)式為什么?

(2)在這一問題中,根據(jù)守恒思想,假設(shè)物質(zhì)甲、丙、丁的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為x、y、z,則物質(zhì)甲、物質(zhì)丙的變化量分別為4、16 g,則有:

即:8x∶16y=4 g∶16 g,則x∶y=1∶2

(3)針對這一問題,可利用原子守恒的思想進(jìn)行推斷.在化學(xué)反應(yīng)之前,存在A、B、C三種元素,則化學(xué)反應(yīng)之后也必然存在這三種元素.同時(shí),化學(xué)反應(yīng)之前,元素A中含有2個(gè)原子,元素B中含有4個(gè)原子,元素C中含有4個(gè)原子.根據(jù)原子守恒思想得知,化學(xué)反應(yīng)之后原子數(shù)目應(yīng)保持不變,因?yàn)樵囟≈暗南禂?shù)為2,則可推斷出物質(zhì)丁的化學(xué)式為AB2C2,或者A(BC)2[3].

1.3 電荷守恒與化學(xué)解題

電荷守恒也是初中化學(xué)守恒思想的重要組成,且這一類問題常常出現(xiàn)在溶液中.因?yàn)樵诟黝惢瘜W(xué)溶液中,存在大量的肉眼不可見的離子,且這些離子絕大多數(shù)都屬于陰陽離子.在這些離子中,陰陽離子的數(shù)量不一定相等,但是陰陽離子所帶的正電荷、負(fù)電荷總數(shù)卻是相等的.鑒于此,通過電荷守恒思想可有效解答化學(xué)溶液離子比例類型的題目中.

2 基于化學(xué)守恒思想解題教學(xué)啟示與解題注意事項(xiàng)

2.1 教學(xué)啟示

化學(xué)守恒思想雖然在教材上占據(jù)的篇幅比較少,但是該化學(xué)思想?yún)s在解題中發(fā)揮著十分重要的價(jià)值.鑒于此,初中化學(xué)教師在日常教學(xué)中,應(yīng)立足于守恒思想的內(nèi)涵,優(yōu)化課堂教學(xué)方案,促使學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中逐漸掌握這一解題技能.一方面,堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則,引導(dǎo)學(xué)生完成化學(xué)守恒思想的深度理解,并借助從簡到難的訓(xùn)練中,逐漸掌握守恒思想解題的技巧;另一方面,還應(yīng)精心挑選經(jīng)典的習(xí)題,為學(xué)生進(jìn)行精講,使其在掌握守恒思想解題技能的同時(shí),形成運(yùn)用守恒思想解題的意識.同時(shí),還應(yīng)在教學(xué)中,有意識地帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分類、歸納,使其真正掌握守恒思想的內(nèi)涵.

2.2 注意事項(xiàng)

守恒思想在初中化學(xué)解題中,雖然具備十分廣泛的應(yīng)用,但也存在一定的應(yīng)用范圍.學(xué)生在運(yùn)用守恒思想解題時(shí),還應(yīng)注意以下三個(gè)問題.

第一,明確守恒思想的應(yīng)用范圍和條件.化學(xué)守恒思想具備一定的適應(yīng)條件,切忌忽視題目條件,隨意應(yīng)用到任何題目中.甚至部分學(xué)生由于對其理解不夠深刻,隨意引申到分子數(shù)守恒、體積守恒等,進(jìn)而錯(cuò)誤運(yùn)用到相關(guān)題目中.鑒于此,在日常教學(xué)中,應(yīng)加深理論知識教學(xué),使學(xué)生明確守恒思想的適用條件,避免學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)用、亂用的現(xiàn)象.

第二,明確化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)前后變化,關(guān)注化學(xué)反應(yīng)前提.在運(yùn)用守恒思想解答問題之前,必須要對題目進(jìn)行認(rèn)真分析,結(jié)合化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的變化和反應(yīng)前提,思考是否可以運(yùn)用這一思想進(jìn)行解題.例如,氫氣和氧氣沒有完全反應(yīng)的題目中,如果學(xué)生忽視前提條件,肆意運(yùn)用質(zhì)量守恒思想,就會導(dǎo)致解題錯(cuò)誤.

第三,注意化學(xué)反應(yīng)中是否存在氣體逸出的現(xiàn)象.在一些化學(xué)反應(yīng)中,不僅僅會產(chǎn)生新的物質(zhì),還會產(chǎn)生一定的氣體.鑒于此,在運(yùn)用守恒思想解題時(shí),如果忽視了化學(xué)反應(yīng)中所產(chǎn)生氣體的質(zhì)量,也會產(chǎn)生錯(cuò)誤.

第四,化學(xué)守恒思想存在于化學(xué)反應(yīng)中,而在部分化學(xué)題目中,不僅僅包括化學(xué)反應(yīng),還存在一定的物理變化.因此,學(xué)生在應(yīng)用該思想解答問題時(shí),必須要展開系統(tǒng)化的分析,做出精準(zhǔn)地判斷方可應(yīng)用[5].

綜上所述,守恒思想是化學(xué)學(xué)科的基本思想觀念,也是解答常見化學(xué)問題的重要途徑,通過質(zhì)量守恒、原子守恒和電荷守恒,可幫助學(xué)生打開相關(guān)題目的解題思路,輕松化解相關(guān)難題.鑒于此,化學(xué)教師在日常教學(xué)中,不僅僅要加強(qiáng)理論知識教學(xué),還應(yīng)傳授解題技能和方法,真正提升學(xué)生的化學(xué)解題能力.