巧用“守恒法” 助力高中化學解題

摘" 要：化學作為一門自然科學類學科，融合了生物學、物理學、地理學等內容，是一門非常重要的基礎學科.在化學教學中，守恒法是最基本的化學解題方法，它包含許多內容，如質量守恒、元素守恒、電子守恒等，滲透高中化學學科的全部內容.近年來，高考化學試題中與化學守恒相關的題較多，考查方式也豐富多彩，因此，本文以真實的化學題為例，主要研究守恒法在高中化學中的應用.

關鍵詞：高中化學；守恒法；解題

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）22-0139-03

收稿日期：2024-05-05

作者簡介：柴改鳳（1978.9—），女，陜西省商洛人，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.

在高中化學教學中，教師不僅要重視培養學生邏輯思考能力和思維能力，提高學生的化學學科素養，還應該要求學生掌握豐富的化學知識和解題方法.其中，守恒法是學生必須掌握的基礎解題方法，教師要引導學生深入理解和應用，切實提高學生的化學解題效率.1" 守恒法

守恒法是高中化學解題中一種重要的解題方法，其原理是化學反應前后，某些物理量和化學量的始態和終態保持不變［1］.運用化學守恒法，不必考慮過程，也不考慮途徑，只需分析化學變化中某些物理量和化學量的初始狀態、最終狀態，進而達到簡化解題過程，加快解題效率的作用.守恒法一般可以分為質量守恒、元素守恒、電子守恒、電荷守恒等內容.

2" 守恒法在高中化學解題中的應用

2.1" 質量守恒

化學反應是指舊分子破裂，變為原子，原子重新組合成新分子的過程.通常來說，判斷一個反應是否為化學反應的方法是看反應是否生成新的分子.質量守恒就存在于化學反應中，它是指在化學反應前后，反應物與生成物的總質量保持不變［2］.高中化學試題中，質量守恒原理是解決各類化學問題的重要依據.

題目" 在一個密閉容器中有X、Y、Z、Q四種物質，一定條件下充分反應，經測得反應前后各物質的質量如表1所示.

表1" 反應前后各物質的質量

物質XYZQ反應前的質量/g410125反應后的質量/gm

21109

下列說法中不正確的是（" ）.

A.該化學反應為分解反應

B.該化學反應中，參加反應的X、Q質量比為1∶4.

C.m為0

D.若Q為O2，該反應為氧化還原反應

思路分析" 根據質量守恒可知，化學反應前后物質的總質量保持不變，求出待測值m，然后根據四種物質反應前后的質量變化，判斷出反應物和生成物，最后對選項中含有的特殊條件展開分析.

解析" 根據題意，由質量守恒定理可知，4 g+10 g+1 g+25 g=m g+21 g+10 g+9 g，求得m=0，選項C正確.已知化學反應前后，某物質質量減少，則為反應物；某物質質量增加，則為生成物；某物質質量保持不變，可能是催化劑.觀察表格可以看出，X、Q化學反應前后質量減少，為反應物，Y、Z化學反應前后質量增加，為生成物，所以該化學方程的符號表達方式為：X+Q→Y+Z.分解反應是指由一種物質生成兩種或兩種以上的物質，所以該化學反應不是分解反應，選項A錯誤.接著分析剩余的兩個選項.選項B，求參加反應的X、Q質量，即求X、Q反應前后的質量差值，參加反應的X質量：4 g-0 g=4 g，參加反應的Q質量：25 g-9 g=16 g，所以，參加反應的X、Q質量比為1∶4，選項B正確.選項D，若Q為O2，則化學反應方程式的表達方式為X+O2→Y+Z，任何物質與O2的反應一定是氧化反應，選項D正確.綜上，答案為A.

2.2" 元素守恒

元素守恒又叫物料守恒，是溶液中重要的守恒關系之一，它是指化學反應前后各物質的元素種類未發生變化，各元素原子的個數也不變.依據元素守恒解化學題時，要先找到反應前后粒子的對應關系，再通過守恒關系計算出結果.

題目" 取一定量的氧化鐵和氧化銅的混合物，加入9.8%的稀硫酸充分反應.反應結束后，消耗稀硫酸共100 g，求原混合物中氧元素的質量是g.

思路分析" 本題已知量較少，需要深度挖掘題目中蘊含的守恒關系.解此題時，學生先列出兩個化學方程式，通過觀察分析化學方程式，可以看出硫酸中的氧元素和氧化鐵、氧化銅的氫元素結合生成了水，也就是說硫酸中氫元素的質量等于生成物水中氫元素的質量.生成物水中的氧元素的質量全部來源于氧化鐵、氧化銅的氧元素質量.要想求原混合物中氧元素的質量，可通過求出生成物水中的氧元素的質量；想知道生成物水中氧元素的質量，可通過求出生成物水中氫元素的質量；想計算出生成物水中氫元素的質量，則可以轉換成求硫酸中氫元素的質量.

解析" 根據題意，兩個化學方程式為Fe2O3+3H2SO4Fe2（SO4）3+3H2O、CuO+H2SO4CuSO4+H2O，通過分析可以知道，氧化鐵、氧化銅中氧元素的質量就是生成物水中氧元素的質量，硫酸中氫元素的質量等于生成物水中氫元素的質量.已知，化合物中各元素質量比=各元素的相對原子質量×原子個數之比，所以水中氫元素與氧元素的質量之比是1∶8，則m（H）=100 g×9.8%×298=0.2 g，氧元素的質量是氫元素質量的8倍，可求得氧元素的質量為1.6 g.

2.3" 電子守恒

遵循電子守恒的前提是掌握氧化還原反應，其特點是，在反應過程中，氧化劑得到電子總數等于還原劑失去電子總數.解題時，需要先找出哪個是氧化劑、還原劑，并根據其物質的量以及每mol的得失電子量，再通過列等式計算.

題目" 向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質完全反應，生成NO和Cu（NO3）2.在所得溶液中加入1 mol/L的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，積淀質量為39.2 g.以下相關說法不正確的選項是（" ）.

A.Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1

B.硝酸的物質的量濃度為2.6 mol/L

C.產生的NO在標準情況下的體積為4.48 L

D.Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余的HNO3為0.2 mol

思路分析" 先寫出化學反應方程式，然后分析氧化還原反應過程中的順序，遵循強者優先原則然后利用電子守恒等守恒定理，根據選項依次分析解決問題.

解析" 由題意，可寫出化學方程式2Cu+Cu2O+10HNO34Cu（NO3）2+2NO+5H2O，NaOH+HNO3NaNO3+H2O，Cu（NO3）2+2NaOHCu（OH）2↓+2NaNO3，最終溶液呈中性，所以此時溶液中的溶質為NaNO3，可知，n（NaNO3）=n（NaOH）=1.0 mol/L×1.0 L=1 mol；沉淀物為Cu（OH）2，可知，n［Cu（OH）2］為39.2 g98 g/mol=0.4 mol.已知，化學反應前后，銅元素守恒，所以n（Cu）+2n（Cu2O）=n［Cu（OH）2］=0.4 mol.A選項中，設Cu的物質的量為x mol，Cu2O的物質的量為y mol，根據剛剛的銅元素守恒，x+2y=0.4；根據質量，64x+144y=27.2，聯立x+2y=0.464x+144y=27.2，解得x=0.2y=0.1，所以Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1，選項A正確.B選項中，已知，Cu、Cu2O與硝酸反應時，Cu、Cu2O為還原劑，失去電子，硝酸為氧化劑，得到電子，根據電子守恒可知，2n（Cu）+2n（Cu2O）=3n（NO），所以3n（NO）=2×0.2+2×0.1=0.6 mol，解得n（NO）=0.2 mol；氮元素守恒，可知n（HNO3）=n（NO）+n（NaNO3），所以n（HNO3）=0.2 mol+1 mol=1.2 mol.已知硝酸的物質的量以及原硝酸溶液的體積，可知原硝酸溶液的濃度為1.2 mol0.5 L=2.4 mol/L，B錯誤.C選項中，根據前面計算，n（NO）=0.2 mol，所以產生的NO在標準情況下的體積為0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L，C正確

.D選項中，加入NaOH溶液后，根據化學反應的強度，NaOH會先和剩余的硝酸反應，再和Cu（NO3）2反應，設Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余的HNO3為a mol，a（HNO3）+2n［Cu（NO3）2］=

n（NaNO3），所以a（HNO3）=n（NaNO3）-2n［Cu（NO3）2］=1 mol-2×

0.4 mol=0.2 mol，D正確.綜上，答案為B.

2.4" 電荷守恒

電荷守恒是指在化學反應前后，反應物的電荷總數與生成物的電荷總數相等.近年來，高中化學試題中電荷守恒的內容越來越頻繁，是考試的熱點，它多應用在離子反應、化學方程配平等，要求高中生必須掌握.

題目" 50 mL 1 mol/L的CH3COOH與100 mL的氫氧化鈉溶液混合，混合后所得溶液的pH=7，對此，關于該溶液中離子濃度的大小關系說法不正確的是（" ）.

A.c（Na+）=c（CH3COO-）

B.c（Na+）=c（CH3COO-）＞c（H+）=c（OH-）

C.c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）

D.100 mL氫氧化鈉溶液濃度為0.5 mol/L

思路分析" 本題是高中化學試題中常見的一種考試題型，根據理解題意，可知考查的是溶液中離子濃度的問題，需要用到電荷守恒.解本題時，先將化學離子反應方程式寫出來，再根據溶液酸堿度，判斷酸堿離子濃度的大小關系，并以此推斷出其他離子濃度的大小關系.

解析" 由題意知，H++OH-H2O，pH=7，所以c（H+）=c（OH-）.結合電荷守恒，可知，c（Na+）=c（CH3COO-），A正確；pH=7，溶液呈中性，B正確；已知，溶液中遵循電荷守恒，離子所帶正電荷和離子所帶的負電荷相等，C正確

；已知，CH3COOH為弱酸，NaOH為強堿，因為pH=7，所以氫氧化鈉溶液的濃度應該小于0.5 mol/L，D不正確.綜上，答案為D.

3" 結束語

綜上所述，守恒法是常見的化學解題方法之一，學生要深度學習和理解其概念、內涵，明確守恒法的重要性及意義，能夠學以致用［3］.在高中化學解題中，教師要重視守恒法本質以及應用的教學，引導學生思考和分析，鼓勵其運用守恒法解決較為復雜的化學問題，不斷提高化學解題效率，

為學生未來的化學學習打下堅實的基礎.

參考文獻：

［1］

李明玉.例析“守恒法”在高中化學解題中的應用［J］.廣東教育（高中版），2023（07）：57-59.

［2］ 蔡中巖.守恒法在高中化學教學中的應用研究［J］.中學課程輔導，2023（19）：3-5.

［3］ 葛厚勝.新課標背景下守恒法在高中化學解題中的應用技巧［J］.新課程導學，2023（08）：95-98.

［責任編輯：季春陽］