守恒规律在化学解题中的应用

摘要：化学计算题一直是困扰高中学生的一大难题，在考试中，一旦遇到计算题，很多学生会出现胆怯心理，正常的思路很容易被打乱，影响学生的正常发挥。其实，只要我们对经常出现的计算题类型进行分析，就会发现，很多计算题的解决是有技巧的，其中利用最多的就是守恒规律。守恒规律之所以应用广泛，原因是其使用时不需要纠缠于细枝末节，重点关注始态和终态，寻找从始态到终态过程中存在的守恒关系和有用的信息，进而建立简单的等量关系，大大减少了解题的冗余步骤，提高了做题的准确率。

关键词：质量守恒；电子转移；量守恒

守恒规律主要有以下几种：质量、原子（原子团）、物质的量、电子转移、电荷守恒。我们分别予以举例证明：

一、 质量守恒

化学反应从宏观的角度来考察：参加反应的物质总量和生成物的总量是恒等的。

例1由Na2S、Na2SO3、Na2SO4组成的混合物中，测得氧元素为22%，则其中含硫元素约为（）

A. 32%B. 46%

C. 78%D. 无法确定

解析：混合物中不管以任何比例混合，Na和S的原子个数之比总是2∶1，所以质量比为23∶16。因为氧的质量分数为22%，所以Na和S的总的质量分数为78%，可以求出硫的质量分数为32%。

例2把7.4gNa2CO3·10H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100 mL溶液，其中Na+的物质的量浓度为0.6 mol/L；若把等质量的混合物加热到恒重时，残留物的质量是。

解析：分析题意可知，最后剩余物质只有Na2CO3且Na+的物质的量为0.06 mol，由Na+守恒可求出Na2CO3的质量为3.18g。

二、 原子守恒

其本质仍然是质量守恒定律，只不过是从微观上来，可以理解为“在一切化学反应中，反应前后原子的种类、数目、原子质量前后没有变化”。

例3已知有反应2NO+O22NO2，今在体积为VL的密闭容器中通a mol NO和b mol O2。反应后的容器中氮原子和氧原子个数之比是（）

A. a/bB. a/2bC. a/（a+2b）D. a/（2a+2b）

解析：由于该反应在密闭容器中进行，氮原子和氧原子的数目始终不变，可由初始状态求出氮原子和氧原子个数之比为a/（a+2b）。

例4某温度下，1L密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2，使反应N2+3H22NH3达到平衡。测得平衡混合物中N2、H2、NH3的物质的量分别为M、N、Q。如果温度不变，只改变初始物质的加入量，而要求M、N、Q维持不变，则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时，应满足条件：

（1） 若x=0，y=0，则z=。

（2） 若x=0.75 mol，则y=，z=。

（3） x、y、z应满足的一般条件是（用含x、y、z的方程式表示）。

解析：此题为等效平衡的题目，一般采用极限转化法求解。如果从原子守恒的角度考虑，该题也比较容易解决。由题意得，容器内加入物质应始终含有2 mol N原子和6 mol H原子。

若x=0，y=0，则N、H原子全部存在于NH3中，求出z=2 mol；

若x=0.75 mol时：

由N原子守恒得：z=2 mol-0.75 mol×2=0.5 mol

由H原子守恒得：y=6 mol-3×0.5 mol2=2.25 mol

（3） 由N原子守恒得：2x+z=2，由H原子守恒得：2x+3z=6。

三、 物質的量守恒

例5向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中，加入100 mL 1 mol/L的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL（标准状况下）的气体。所得溶液中加入KSCN溶液无血红色出现，混合物中铁元素的质量分数为（）

A. 68.6%B. 77.8%C. 81.4%D. 无法计算

解析：该题乍看起来好像条件不足，仔细分析会发现可以由守恒规律求解。分析题意得，混合物由铁和氧两种元素组成，且所得溶液溶质只有FeCl2。由Cl-守恒得到，n（FeCl2）=0.05 mol，求出铁的质量为2.8 g。再分析混合物中氧的最终产物是H2O，由氢元素守恒可以求出n（H2O）=0.04 mol，进而求出氧的质量为0.64 g。最后算出铁元素的质量分数为81.4%。

四、 电子转移守恒

氧化还原反应是高中化学学习的主要线索，在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂得失电子的数目是相等的，电子守恒在氧化还原反应中的应用为高考的热点问题。

例624 mL浓度为0.05 mol·L-1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液完全反应，已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为（）

A. +2B. +3C. +4D. +5

解析：在反应中，硫元素失电子化合价升高，而铬元素得电子化合价降低。设元素Cr在还原产物中的化合价为x，由电子得失守恒得24×0.05 mol·L-1×2=20×0.02 mol·L-1×2×（6-x）；解得x=3。

五、 电荷守恒

主要应用于溶液中离子浓度之间的关系，溶液中阳、阴离子所带的正负电荷总数相等，即电解质溶液呈电中性。

例7某溶液中仅含有Na+、Mg2+、SO2-4、Cl-四种离子，其中离子个数比为Na+、Mg2+、Cl-=4∶5∶8，若设Na+为4n个，则SO2-4个数可能为（）

A. 2 nB. 3 nC. 6 nD. 8 n

解析：电解质溶液中，所有阳离子带的正电荷总数和所有的阴离子带的负电荷总数相等，即正负电荷总数守恒。根据题给的三种离子个数比可知，当Na+为4n个时，Mg2+、Cl-个数应分别为5n和8n个，若设SO2-4个数为x个，则根据电荷守恒可得：4n+2×5n=8n+2x，求得x=3n。

守恒规律贯穿整个高中化学，是一种常用的解题方法，适用于解决一些运算较复杂的题目。但是，守恒法解题要求学生本身具有较高的化学水平，因此在使用时切忌按图索骥，必须真正理解题意才能做到省时省力。

作者简介：

李福龙，山东省济南市，山东省济南市历城第二中学。