试论守恒法在高中化学解题中的应用分析

陈惠泽

(山东省青岛市开发区第一中学高三十三班 266555)

试论守恒法在高中化学解题中的应用分析

陈惠泽

(山东省青岛市开发区第一中学高三十三班 266555)

守恒法为高中化学中应用较为广泛的方法，在化学学科的知识架构中也存在多种形式的守恒关系，应用守恒法进行化学解题，便是遵循物质在其变化过程中某一特定的物质定量不会发生改变的规律来解决实际应用问题，通过对守恒法在高中化学解题中的应用进行深入探讨，分析各种守恒法在解题过程中的具体应用方式，旨在促进对守恒法的灵活应用，促进解题效率的提升.

守恒法；应用；高中化学

在化学的知识世界中，物质随时都会发生各种形式的演化和变化，但是在其变化过程中却会遵循一定的变化规律，物质参与化学反应，其化合价的变化总数、质量变化总数或者原子总数、电荷总数都会遵循守恒规律，遵循各种守恒规律，进行化学解题计算，能够快速的发掘提炼题目中存在的等量关系，进而找到解题思路，有效提升解题效率.

一、元素守恒

元素守恒是指在化学反应前后，发生反应的各元素的种类不变，原子个数不变，质量不变，物质的量也不变.元素守恒有两种类型，一是离子守恒，即非氧化还原反应前后的离子数不变，二是原子守恒，即反应前后原子的种类、个数不变.根据元素守恒的原理来推导和解决问题时，不需要考虑化学反应式，而是只要找到在反应开始和终止时的离子的对应关系，就可以迅速准确地计算出结果.

例1 将0.8mol的二氧化碳完全通入1L1mol/L的氢氧化钠溶液中，在充分反应后，溶液中碳酸氢钠和碳酸钠的物质的量的比为( )

A.3∶1B.1∶3C.1∶1D.2∶1

分析如果按照一般解题方式计算，就需要写出关于此反应的两个反应化学的方程式并求解，计算过程较为繁琐，而如果应用元素守恒法来分析，因为反应前后原子的种类、个数都不会发生改变，所以在此反应中，碳原子和钠离子守恒.可以假设碳酸氢纳和碳酸钠的物质的量分别为xmol，ymol，则根据钠离子守恒可得x+2y=1mol，根据碳原子守恒可得x+y=0.8mol.解这两个方程可得x=0.6，y=0.2.由此可得x∶y=3∶1，即碳酸氢钠和碳酸钠的物质的量的比为3∶1.故选A.

二、质量守恒

质量守恒是指在与周围隔绝的物质系统中，不管发生什么样的化学反应变化过程，在化学反应前后的反应物的总质量与生成物的质量始终保持不变，这也包括在配制或稀释溶液的过程中，溶质的质量不变.

例2 碳酸氢铵在150℃时完全分解，产生气态混合物，该混合物密度在相同条件下是氢气密度的( )

A.32倍B.96倍C.48倍D.13倍

三、物质的量守恒

物质的量守恒是指在化学反应前后的原子总量不变.适用于在多步反应的化学问题的推导和计算，应用该方法可以有效简化运算步骤，减少计算程序，快速得出计算结果.

例3 现有一定质量的氢氧化钾样本固体暴露在空气中，已知该氢氧化钾样本固体中含有2.8%的水、7.2%的碳酸钾.称取1g该样本固体置入50mL盐酸中，盐酸的浓度为3mol/L，又用了30.8mL的浓度为1.07mol/L的氢氧化钾溶液来中和多余的盐酸，并将中和后的溶液加热蒸干，则所得固体的质量为( )

A.6gB.8.45gC.4.5gD.11.175g

分析本题化学反应复杂，数字处理繁琐，若按照一般的解法按部就班地计算结果，将会显得解题过程非常复杂.对已知条件进行细致分析可知最终所得固体为氯化钾，而且其中的氢元素全部来自于盐酸，因此根据物质的量守恒可知：n(KCl)=n(HCl)=3mol/L×0.05L=0.15mol，所以m(KCl)=74.5g/mol×0.15mol=11.175g.故选D.

例4 在高温条件下，将0.8g铁的氧化物使用足量的一氧化碳进行还原，将反应生产的二氧化碳气体全部通入到澄清石灰水中，从而得到1.5g的固体沉淀物，则这种铁的氧化物的化学式为( )

A.Fe4O6B.Fe3O4C.Fe2O3D.FeO

分析在题目所描述的化学反应中，铁的氧化物中的氧原子最终全部转移到了固体沉淀物碳酸钙中，即n(O)=n(CO2)=n(CaCO3)=0.015mol，则m(O)=16g/mol×0.015mol=0.24g，所以m(Fe)=0.8g-0.24g=0.56g，因此n(Fe)=0.01mol，故n(Fe)∶n(O)=2∶3.因此这种铁的氧化物为Fe2O3.故选C.

四、电子得失守恒

电子得失守恒是指在氧化还原反应中，还原剂失去的电子数等于氧化剂得到的电子数.这种守恒还存在于原电池或电解池中.电子得失守恒在氧化还原反应问题及电解产物的计算中被广泛应用，意义重大.

例5 已知20mL的浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7溶液，恰好可以与24mL浓度为0.05mol/L的Na2SO3溶液完全反应，则Cr在被还原的产物中的化合价为( )

A.+6B.0C.+2D.+3

分析题目要求的是Cr被还原的产物，因此失电子的物质必定是Na2SO3，得电子的物质必定是K2Cr2O7，其中，S的化合价从+4变为+6，Cr的化合价由+6变为+n(假设Cr在被还原的产物中的化合价为n).则有：

0.05×24×2 = 0.02×20×(6-n)×2

解得n=+3，故选D.

五、电荷守恒

电荷守恒是指对任一电中性体系，如混合物、浊液、化合物等，电荷的代数和为0，也就是说正电荷总数与负电荷总数相等.该守恒利用了化学反应前后离子所带电荷总量不变的原理.利用该电荷守恒可以推导溶液中离子浓度关系，并计算有关反应中某些量.

例6 已知某混合溶液中所含离子的浓度(单位：mol/L)如下表所示：

所含离子H+Na+SO2-4Mn+NO-3浓度211a3

则Mn+及a的值可能是( )

A.Al3+、0.5B.Fe2+、2

C.Mg2+、1D.Ba2+、0.5

在使用守恒法解题时，必须明确每一种守恒方法的特点和适用范围，同时必须研究挖掘题目中存在的守恒关系，由此巧妙选择合适的解题方法：

(1)在某些复杂多步的化学反应中，某些元素的浓度和质量没有发生变化，此时可以选用元素守恒法.

(2)在涉及与质量有关的题目中，可以选择质量守恒.

(3)在涉及氧化还原反应中还原剂、氧化剂得失电子及化合价变化问题中，可以选用电子得失守恒法.

(4)在溶液中存在离子守恒，因此涉及溶液中离子问题中，可以考虑电荷守恒法和元素守恒法.

化学世界中的物质无时无刻不在进行着变化，但是在这个变化的过程中却存在一个永恒的主题，那就是物质守恒定律.守恒法的实质是抓住物质变化过程中某一不变的量，正确分析题目已知条件中的隐藏关系及各量之间的联系，从纷繁复杂的解题背景中找到简单快捷的解题思路，以不变应万变，从而顺利解决问题.在高中化学解题中，如果能够灵活巧妙地使用守恒法，将使复杂问题简单化、抽象问题具体化，既可以简化解题步骤，免去一些复杂的数学计算，只需考虑变化过程前后某些相互作用的量的始态和终态，较大程度地提高了解题的准确率，提高了解题速度，又可以培养灵活机变的创造性思维，培养创新精神，在这个高速发展的现代化社会中成长为高素质的优秀人才，取得事半功倍的学习效果，一举数得，意义重大.

[1] 彭明永.守恒法在高中化学解题中的应用探析[J].中学生数理化：学研版,2016(5):67.

[2] 王佩文.高中化学解题中守恒法的应用与解题思路[J].课程教育研究,2016(27):247-248.

[3] 周建发.浅谈守恒法在高中化学解题中的应用[J].数理化学习：高一二版,2016(11):57,61.

G632

A

1008-0333(2017)31-0083-02

2017-07-01

陈惠泽(2000.03-)，女，山东青岛人，山东省青岛市开发区第一中学，高中在读.

季春阳]