基于守恒思想的化學(xué)問題的解決策略

摘 要：守恒思想是認(rèn)識(shí)化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)的基本思想觀念之一.同時(shí)，守恒思想還是一種非常重要的解題思想，將其應(yīng)用到化學(xué)解題中，可開闊學(xué)生的思維、拓展解題思路，進(jìn)而促使學(xué)生快速、準(zhǔn)確地解答常見的化學(xué)問題.因此文章基于化學(xué)守恒思想的內(nèi)涵，圍繞其在日常解題中的具體應(yīng)用展開了探究.

關(guān)鍵詞：守恒思想；問題解答；核心素養(yǎng)；初中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）29-0128-03

收稿日期：2023-07-15

作者簡介：成果（1983.3-），女，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事化學(xué)教學(xué)研究.

守恒思想是學(xué)生認(rèn)識(shí)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(huì)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(duì)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(duì)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.

之后，基于守恒思想，運(yùn)用計(jì)算的方式，得出二氧化碳中C元素的質(zhì)量為8.8 g×12/44×100 % =2.4 g，水中H元素的質(zhì)量為5.4 g×2/18×100 % =0.6 g.則C、H兩種元素質(zhì)量和為2.4 g+0.6 g=3.0 g.根據(jù)守恒思想得知，該物質(zhì)的質(zhì)量恰恰為3.0 g.由此可見，其中并不含有O元素，只有C與H兩種元素^[1].

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？

解析 在解答本題目時(shí)，學(xué)生常常會(huì)受到“未知質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸溶液”的影響，導(dǎo)致其解題時(shí)思路受限.其實(shí)，只要運(yùn)用質(zhì)量守恒思想，即可建立等量關(guān)系，進(jìn)而完成題目的解答.

根據(jù)題目得知：

BaCl₂+H₂SO₄===BaSO₄↓+2HCl

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：

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(duì)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(duì)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：

5KI+KIO₃+3H₂SO₄===3______+3K₂SO₄+3H₂O

解析 針對(duì)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：

5KI+KIO₃+3H₂SO₄===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：

（1）x為多少？

（2）如果物質(zhì)甲和物質(zhì)丙相對(duì)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：

甲+2丙===2丁

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？

解析 （1）根據(jù)圖表分析得出，物質(zhì)丙在化學(xué)反應(yīng)前后，質(zhì)量出現(xiàn)了減少的現(xiàn)象，則由此可判定該物質(zhì)為反應(yīng)物；同理，可判定出物質(zhì)丁為生成物；在化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)乙的質(zhì)量并未發(fā)生改變，由此可斷定其為催化劑；而針對(duì)物質(zhì)甲來說，則可結(jié)合守恒思想中化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量不變的原則，判斷出：甲+丙===丁，即可得出x的值為6 g.

（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：

x甲+y丙===z丁

即：8x∶16y=4 g∶16 g，則x∶y=1∶2

（3）針對(duì)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.

例5 已知某化學(xué)溶液中，含有四種離子：Na+、Mg²⁺、Cl-、SO^2-₄，其中離子個(gè)數(shù)比例關(guān)系n（Na+）∶n（Mg²⁺）∶n（Cl-）=4∶5∶8，假設(shè)鈉離子的個(gè)數(shù)為4n，則SO^2-₄的個(gè)數(shù)為多少？

解析 本題只要結(jié)合電荷守恒思想，即可從“溶液中陽離子中所帶有正電荷的數(shù)量與陰離子中所帶負(fù)電荷總量相等”出發(fā)，假設(shè)SO^2-₄的個(gè)數(shù)為x個(gè)，根據(jù)電荷的守恒關(guān)系，即可得出：1×4n+2×5n=1×8n+2x，則x=3n^[4].

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(shí).同時(shí)，還應(yīng)在教學(xué)中，有意識(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(huì)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(huì)產(chǎn)生新的物質(zhì)，還會(huì)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(huì)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(shí)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.

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[責(zé)任編輯：季春陽]