基于守恒觀的初中化學教學技巧探析

丁美玲

摘? 要：在自然界的變化過程中，物質既不會被毀滅，也不會被創造，這是物質守恒思想的基本觀點。在初中化學教學中，質量守恒定律是非常重要的內容。教師應以守恒觀為主題思想，將其貫穿于整個中學的化學教學過程，讓學生從不同的角度深刻理解守恒觀，從而掌握通過守恒思想快速解題的方法和技巧。

關鍵詞：守恒觀;化學教學;解題技巧

一、化學學科守恒觀是中國古代守恒觀的繼承與發展

守恒觀是我國古代先賢在對自然的觀察與思考的基礎上提出的。《墨經》說：“可無也，有之而不可去，說在嘗然。”《管子》一書里也說道：“天地莫之能損也。”晉代的《列子》更進一步表明“物損于彼者盈于此”“成于此者虧于彼”，這個觀點已經非常接近化學變化中物質的質量守恒定律了。明末清初的思想家王夫之在《張子正蒙注·太和篇》中，全面論述了物質守恒的思想，又舉例加以解釋、說明：

第一，“車薪之火，一烈已盡，而為焰，為煙，為燼;木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見耳”，這是燃燒現象。

第二，“甄之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸;若盒蓋嚴密，則郁而不散”，這是水受熱變為蒸氣的現象。

第三，“汞見火則飛，不知何往，而究歸于地”，這是水銀受熱變為水銀蒸氣的現象;“汞受火煎，無以復之，則散而無有;蓋覆其上，遂成朱粉”，這是水銀蒸氣與氧氣反應的現象。

第四，“油薪燕于空曠，煙散而無纖埃;密室閉窒，乃有煤墨”，這是松油的燃燒現象。

在上述例子中，既有化學變化，也有物理變化。這說明我國當時的物質守恒思想已達到與近代科學認識相同的水平，比西方國家早了100多年。在教學過程中，教師適當講述中國古代物質守恒思想的發展過程，能夠培養學生的民族自豪感，同時讓學生認識到化學科學研究中觀察方法的重要性。隨著近代科學的發展，物質守恒思想進一步得到發展和演化，如元素守恒、質量守恒、電荷守恒、電子守恒、物料守恒和能量守恒等相繼被提出。

原子是化學變化中的最小粒子。化學反應的實質是反應物的分子分裂為原子，原子再重新組合，轉變成生成物的分子及生成物的過程。在化學反應的前后，原子的種類沒有改變、數量沒有增減、相對質量也沒有改變，這是物質不滅、物質守恒的根本原因。因此在化學變化中，如果原子的類別及數量守恒，則元素的種類、質量守恒。

元素守恒是指化學反應前后的元素種類不變，且同種元素在反應前后的質量不變。即反應前的物質中有哪些元素，反應后的物質中也含有同樣的元素，而不會出現新的元素種類;反應前、后，同種元素的質量不變。如果該元素在反應后分散到幾種物質中，則這幾種物質中該元素的質量之和也與反應前該元素的質量相同。同理，如果該元素存在于反應前的多種物質中，則該元素在反應前的質量之和也與反應后該元素的質量之和守恒。

質量守恒在化學的變化中是指，參加反應的各物質的質量之和與反應后生成的各物質的質量之和守恒。當然，反應前所有物質的總質量（含未參加反應的反應物、雜質、所有參加反應的反應物等）與反應后所有物質的總質量（含剩余的反應物，以及產生的沉淀、氣體、雜質等）也守恒。此外，在稀釋或濃縮（如蒸發溶劑類）前后，溶質的質量守恒：在溶液（一般以水為溶劑）稀釋中，由于加入了水，導致溶劑、溶液的質量變大，但溶質的質量是不變的。同理，溶液的濃縮是由于水量的減少導致溶劑質、溶液質量變小，但溶質的質量在濃縮前后不變。如果是幾種溶液混合，則混合前各溶液中的溶質質量之和與混合后所得溶液中溶質的質量守恒，而不會出現溶質質量隨意增加或丟失的情況。

電荷守恒是指溶液中所有陽離子所帶的正電荷總數與所有陰離子所帶的負電荷總數相等，這是由溶液的電中性決定的。

電子守恒是指在氧化還原反應中，氧化劑得電子的總數等于還原劑失電子的總數。電子既不會無緣無故地產生，也不會無緣無故地消失，只會在不同的物質之間發生轉移，因此電子是守恒的。

物料守恒是物質守恒定律在溶液中的體現，是指溶液中某一組的原始濃度應該等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和。例如，在某溶液中，某些離子能夠水解，離子的種類可能增多，但某些主要原子的總數總是守恒的。

能量儲存于物質中。在化學變化中，新的物質產生，舊的物質消失，同時伴隨發光、放熱等。化學變化過程中伴隨的能量變化與維持反應，所吸收或放出的能量總是相等的，這就是化學變化中的能量守恒。

初中化學的質量守恒定律在知識層面，屬于教學中的重點和難點內容，有不同的表達形式，在各類解題中頻繁出現。教師在教學過程中，要抓住物質守恒的這條主線，在不同的知識單元中進行不同的演化，幫助學生從多角度充分地理解與掌握守恒觀，以達到快速掌握知識的目的。

二、基于守恒觀的初中化學教學技巧

學科核心素養是學生適應社會發展和終身成長所必備的關鍵品格和能力。在初中化學的教學實踐中，培養和鍛煉學生的五大核心素養，能夠提升課堂教學效果。其中核心素養之一是樹立變化的觀念與平衡的思想。而平衡思想中的守恒觀，又是解決初中化學問題一種極其重要的方法和技巧，不僅適用于化學變化中的質量守恒，還適用于其他變化，如溶液的稀釋（或濃縮）、溶液中的電荷守恒等。

在化學教學中，教師應指導學生運用守恒觀透過現象看本質，抓住有關化學變化的始態與終態，利用其中的某種不變量建立等量關系，可以化繁為簡、快速解題，同時能更好地培養學生的量化思維能力。為更好地利用守恒觀快速地找出題目中隱藏的等量關系，則要求教師結合多種題型，將守恒的變化形式一一導出。淺談幾種運用守恒法解題的基本類型及技巧：

（一）定性判斷物質的元素組成和化學式

例1：某有機化合物完全燃燒，消耗氧氣9.6g，生成二氧化碳8.8g和水5.4g，該物質中含有__________元素。

分析：根據質量守恒定律，參加化學反應的反應物中的元素種類和生成物的元素種類相同，可知該物質中一定含有碳、氫元素。至于是否含有氧元素，則通過計算判斷：8.8g二氧化碳中的含氧量是6.4g，5.4g水中的含氧量是4.8g，二者之和為11.2g，大于參加反應的氧氣質量9.6g，由反應前后氧元素的質量守恒可知，該物質中必然含有氧元素。此題的正確答案為：碳、氫、氧。

例2：在反應4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+X+3H2O中，X的化學式為（? ）。

A. NH3? ? B. NH4NO3? ? C. NO? ? D. NO2

分析：根據質量守恒定律和化學方程式的定義可知，X的化學式中應含Zn原子的個數為：4-4=0，應含有H原子的個數為：10-2×3=4，應含有N原子的個數為：10-4×2=2，應含有O原子的個數為：10×3-2×3×4-3=3。故X的化學式為：N2H4O3，即NH4NO3，答案選B。此題就是利用了化學反應前后同種元素的原子個數守恒，從而判斷出物質的化學式，也是質量守恒定律的常考題型。

（二）定量計算中的質量守恒

1. 化學反應中的元素守恒和物質守恒

例3：將37.2g某種天然氣水合物CH4·xH2O與一定量的氧氣在密閉容器中用電火花引燃，反應后的二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣的混合氣體總質量為53.2g，冷卻至室溫，剩余氣體的質量為10.0g。下列說法中，正確的是（? ）。

A. x=8。

B. 上述反應消耗氧氣的質量為26.0g。

C. 該天然氣水合物中，碳、氫元素的原子個數比為1∶18。

D. 要使上述37.2g天然氣的水合物充分燃燒，至少需要19.2g氧氣。

分析：此題就是充分運用了質量守恒解決問題。根據質量守恒定律可知，參加反應的天然氣水合物和氧氣的質量之和等于生成物的質量之和，故參加反應的氧氣質量為53.2g-37.2g=16.0g，則B項錯誤，這是從物質質量守恒的角度解題。要解決A項和C項，則需要挖掘其中的等量關系，即氫元素的質量在反應前后不變：根據37.2g天然氣水合物中氫元素的質量與生成水（53.2g-10.0g =43.2g）中的氫元素質量相等，列方程即可解得x值為6，同時天然氣水合物中碳氫原子的個數之比為1∶16，故A項和C項均錯誤，由此可知正確答案為D。這是從反應前后元素質量守恒的角度解題。本題是將元素的質量守恒和物質的質量守恒進行綜合運用的典型。

2. 用元素守恒代替化學方程式的計算，來簡化解題過程

例4：工業上，常用一氧化碳還原鐵礦石中的氧化鐵。如果要生產含雜質4%的生鐵5.6t，則需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石多少t？

分析：此題可以根據化學方程式中的氧化鐵和鐵的質量關系進行求解，也可以根據反應前后鐵元素質量守恒，即5.6t生鐵中的含鐵量與赤鐵礦中的含鐵量相等，列方程求解。相比傳統的根據化學方程式進行計算的煩瑣過程，以元素守恒直接列一個方程式的解題方法更直觀、易懂，也有助于學生在大腦中建立起量化的思維模式，培養學生的快速解決問題能力。

3. 溶液（以水為溶劑）中稀釋（或蒸發溶劑濃縮）前后的溶質質量守恒

例5：某化學興趣小組欲配制49g，20%的稀硫酸進行實驗，實驗室為他們提供了98%的濃硫酸。通過計算，他們需要的98%的濃硫酸的質量是多少g？

分析：此題屬于溶液的稀釋問題，并沒有發生化學反應。但仍可以根據稀釋前后，只是溶劑和溶液的量在發生變化，而溶質的質量保持不變來列方程，由49g×20%=x98%，即可求出濃硫酸的質量x值。通過蒸發溶劑濃縮溶液也可以用同樣的方法解決。由此可見，守恒觀不僅適用于化學反應中的等量關系，還適用于有關溶液稀釋或濃縮問題的計算。

4. 根據物質的質量守恒，用差量法解題（這里的“差量”指質量之差）

（1）非溶液中的反應

例6：反應前后的固體差量是產生氣體的質量或某元素的質量。例如，某小組利用高錳酸鉀160g制取氧氣，一段時間后，發現試管中剩余的固體共150.4g，請問生成的氧氣質量是多少？參加反應的高錳酸鉀質量是多少？

分析：根據質量守恒定律，參加反應的高錳酸鉀質量等于剩余固體和氧氣的質量之和，即可求出氧氣的質量為160g-150.4g=9.6g。再由氧氣的質量結合化學方程式，可以計算出參加反應的高錳酸鉀的質量。

在實驗探究題中，常涉及反應前后固體的差量是某元素的質量，如一氧化碳還原氧化銅或氧化鐵的實驗中，反應前后固體的差量，即為氧化銅或氧化鐵中氧元素的質量，進而根據化學方程式再計算其他量。

（2）溶液中的反應

例7：某溶液中，有Mg2+、SO42-、Cl-、Na+幾種離子，Na+、 Mg2+、SO42-的比例為4∶5∶8，如果Na+的個數是4n個，那么Cl-的個數可能是（）。

A. 5n? ? B. 2n? ? C. 6n? ? D.8n

分析：溶液整體為電中性，因此陽離子所帶的正電荷總數等于陰離子所帶的負電荷總數，根據電荷守恒列出等式，就可得出結果。答案選B。

5. 粒子守恒（實質仍是元素的質量守恒）

在一系列反應過程中追蹤某種粒子的去向，根據粒子個數不變（即守恒）建立聯系。

例8：有一變質KOH樣品，含H2O 7.62%、K2CO3 2.38%、KOH 90%。取w克該樣品，加入98g、質量分數為20%的稀硫酸中，完全反應后，所得溶液蒸干后，可得固體多少g？

分析：由題意可知，反應后所得的溶液中，溶質只有K2SO4，蒸干后所得的固體即為K2SO4。無論K2SO4來自哪個反應，都一定要消耗H2SO4，且稀硫酸中的SO42-全部變成K2SO4。根據SO42-質量守恒建立等量關系，即硫酸中SO42-的質量與K2SO4中SO42-的質量相等，答案即解。

三、結語

守恒思想在化學解題中起到了重要的作用，是化學學科中的重要思想，也是化學解題中的常用方法和技巧。守恒觀在初中化學中的應用過程是培養學生量化思維能力的過程。

學生在利用守恒觀解題時，應明確每一種守恒法的特點，分析并找出題目中隱含的某種等量關系，以巧妙解題。教師在教學的過程中，應教會學生從不同的角度剖析不變量，讓學生在學習中充分理解“守恒”的含義，從而達到事半功倍的教學效果。

參考文獻：

[1]李迪. 中國古代物質和運動不滅思想的發展[J]. 物理，1977（02）：120-123.

[2]王祖陶. 中國古代關于物質和運動守恒科學思想的發展[J]. 自然科學史研究，1982（02）：97-103.

[3]中華人民共和國教育部. 義務教育化學課程標準（2011年版）[S]. 北京：北京師范大學出版社，2012：4.

（責任編輯：鄭? 暢）