高中化学解题中运用守恒法的探究

■顾建鸣

化学反应前后的质量、元素种类、原子数目等都没有发生改变,因此我们可以运用这一守恒规律进行问题的分析。守恒法应用的关键在于能够将试题的已知条件和物质在化学反应中的变化形式一一对应起来,进而通过守恒原理确定其内在的关系,有效地解决问题。

一、质量守恒法

我们在解题时可以根据题目要求,灵活运用元素质量守恒、反应物和生成物的质量守恒、结晶溶质的质量守恒等来完成问题的解答。

例1某氢氧化钾固体中含有7.2%的碳酸钾和2.8%的水分,取1g这样的氢氧化钾固体加入到50mL3mol·L-1的盐酸中,随后用去30.8mL1.07mol·L-1的氢氧化钠溶液中和掉多余的盐酸,则将反应后的溶液蒸干可以得到多少克固体。

分析：如果运用常规法进行解答,各种物质量之间的计算将会非常复杂,也不一定能得出正确的结论。而运用质量守恒法建立起反应物与生成物之间的关系,可以发现n(KCl)与n(HCl)相同,这样问题就迎刃而解了。

二、电子守恒法

电子守恒法是指在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。在求解相关问题时,我们可以通过电子守恒建立起氧化剂与还原剂之间的关系,从而简化问题,提高解题效率。

例2将硫酸铁溶液和50mL 0.1mol·L-1的羟胺(NH2OH)酸性溶液混合后煮沸,生成的亚铁离子恰好与50mL 0.04mol·L-1的酸性高锰酸钾溶液反应,则羟胺的氧化产物是什么。

分析：本题比较复杂,溶液中先后有硫酸铁、羟胺和高锰酸钾,并且也没有给出具体的化学反应方程式,不太容易计算。但是仔细分析后我们会发现,本题主要是电子转移问题,即羟胺失去的电子数等于高锰酸钾得到的电子数,因此可以根据电子守恒列出等式。假设羟胺中N的化合价为x价,则有(x+1)×50×10-3×0.1=(7-2)×50×10-3×0.04,由此问题得到顺利解决。

三、原子守恒法

因为化学反应前后原子数目不变,所以我们可以根据化学反应中的原子守恒原理,对一些问题进行分析和研究,往往可以化繁为简,快速找到解决问题的突破口。

例3先用足量的一氧化碳完全还原0.8g某种铁的氧化物,再将生成的二氧化碳用足量的石灰水进行吸收,反应完全后,得到1.5g沉淀,求该铁的氧化物的化学式。

分析：根据原子守恒可知,碳酸钙沉淀中的碳原子来自于还原用的一氧化碳中的碳原子,因此一个碳原子对应一个氧原子,从而对应一个碳酸钙分子,所以铁的氧化物中氧原子的质量为0.015mol×16g·mol-1=0.24g,则铁的质量为0.8g-0.24g=0.56g,进而得出铁的氧化物的化学式。

四、电荷守恒法

电荷守恒法主要是指呈电中性的体系中正、负电荷的代数和为零,诸如溶液、化合物、胶体、混合物等物质。

例4将NL的硝酸铵和硫酸铵混合溶液分成相等的两份,取其中一份加入Pmol的烧碱,正好完全反应,往另一份中加入Qmol的氯化钡溶液,也正好完全反应。那么原溶液中硝酸根离子的浓度是多少。

分析：往其中一份溶液中加入烧碱,OH-和发生反应,生成NH3·H2O,每一份OH-对应一份,由此可以得到溶液中的阳离子总数。往另一份溶液中加入氯化钡溶液,与硫酸铵反应生成硫酸钡沉淀,硝酸铵不参与反应,于是所求的量即为所消耗的烧碱中的OH-的量减去2倍的所消耗的氯化钡中的Ba2+的量。所以