高中化学解题中“守恒法”的有效应用

王 琳

(甘肃省成县第一中学,甘肃 陇南 742500)

在高考中,守恒法是一个非常重要的考点,所以在日常学习中,一定要对守恒法牢牢掌握,把问题的步骤进行简单化,这样可以对解题效率和准确度有所提高.

1 质量守恒

质量守恒就是依据化学反应前后物质的质量并不会发生变化这一条件而对问题进行解答.在高中化学解题过程中质量守恒是常考的内容.因此,教师需要让学生在学习的过程中掌握这种解题方法.

例1 将一定的固态氢氧化钾放置在空气中,经过检测,可以知道固态氢氧化钾当中含有2.8%的水和7.2%的碳酸钾.对此固态氢氧化钾取出1 g的样品,并将其加入到50 mL 3 mol/L的盐酸里面,同时,对多余的盐酸用30.8 mL 1.07 mol/L的氢氧化钾溶液进行中和,最后进行加热和蒸干,能够得到的固体的质量是( ).

A.8.45 g B.4.5 g C.6 g D.11.175 g

解析对于这道题一般的计算解题来说,虽说可以获得答案,但是它的计算过程会相对麻烦,很容易出错.如果对已知条件进行分析,可以知道最后获得到的固体是氯化钾,并且氯化钾中的氯元素的获取途径只有盐酸.所以,对氯元素进行质量守恒计算:n(KCl)=n(HCl)=0.05L×3 mol/L=0.15 mol,从而得到m(KCl)=0.15 mol×74.5 g/mol=11.175 g[1],所以选项D正确.

在学生看见题目的那一刻,就应该会想到这道题会用到质量守恒的方式去解决,要对题目中的已知条件进行分析,找到题目中的突破口,确定参加化学反应的反应物和生成物的物质的量总和是一样的[2].这样求解的过程就变得简单化了,只需要对反应物是什么、生成物是什么以及生成物的质量为多少进行分析.

2 物料守恒

所谓物料守恒,实质上它就是一种物质守恒,对宏观和微观来说,也有着两种看法,前者就是指质量守恒,而后者则主要指元素守恒.在实际解决问题时,通过物料守恒的方法能够最大程度地化简题意.在解决问题时,就可以利用这种方法去回答,从而简化做题的难度,让学生能够提高计算速度和准确率,但是要注意的是需要正确和熟练地运用合适的方法.

例2 在aL Al2(SO4)3和(NH4)2SO4的混合溶液中加入bmol BaCl2,能够将溶液当中的硫酸根离子充分地进行沉淀,如果加入了过量的强碱并且处于加热的状态下,可以获得cmol NH3,那么原溶液中的Al3+的浓度(mol·L-1)为( ).

学生在运用守恒法进行高中化学解题时,应当认真、严谨,简化解题计算,提高学生的解题效率.高中化学在整合的过程中,不少知识点比较的零散,守恒法就可以将各个部分的知识点有机的结合起来,建立独立性,保持内容的整体性.

3 电子守恒

带电的粒子可以分为阴阳离子和电子.在晶体或者溶液中,无论离子数量的多少,晶体或是溶液总是显中性,也就是说阴阳离子带有电荷的总数是相等的.在解答中采用电子守恒法这种方式的题目有很多,这主要是由于在氧化还原反应的过程中,随着电子的不断得失,得到的电子数目和失去的电子数目总量相等,所以得失电子的总数都遵守着守恒定律.

例3 把浓度为0.1 mol/L的50 mL羟氨酸性溶液与足够的硫酸铁在加热沸腾条件下充分地进行反应,反应中产生的2价铁离子能够与0.04 mol/L的50 mL高锰酸钾溶液发生充分地反应.在这个反应中,羟氨氧化后会得到的产物是 ( ).

A.NO B.NO2C.N2O D.N2150

解析反应当中的羟氨被3价铁离子所氧化,而2价的铁离子又被高锰酸钾溶液给氧化了,由此可以分析得到,羟氨所失去的电子被高锰酸钾全部得到了.所以就能够得到羟氨酸中的N的化合价为-1价,那如果羟氨氧化后得到的物体N的化合价为Y价,根据电子守恒定律:[Y-(-1)]×50×10-3L×0.10 mol/L=(7-2)×50×10-3L×0.04 mol/L.通过计算求得Y=1.所以题中A、B、D选项的N都不是+1价,所以该例题的答案为C.化学当中的守恒关系中,电子守恒是非常常见的,与其他守恒关系的区别就是,电子守恒需要同时发生氧化反应和还原反应,且电子的得与失始终是一个相等的状态,所以在此基础上,学生就可以运用电子守恒定律去解决问题.

4 元素守恒

在化学反应中元素的种类不会发生变化,改变的只是化学元素的存在方式,学生完全可以根据元素守恒这个方法回答问题.对于元素守恒来说,它实际上就是对于一个完整的化学反应当中,反应物与生成物之间的化学元素种类没有发生变化,只不过是元素组成了新的物质.所以,学生就可以基于这个特点,通过元素守恒定律的方法去回答问题,从而能够促进学生的学习效率和做题准确率.

例4 将4.2 g的铝与过氧化钠充分的混合在一起,并且将其放置在水中,当化学反应完成后,并且所有的固体均反应完全后,在往溶液里加入浓度为4 mol/L的100 mL盐酸,从而将原本反应中的沉淀完全溶解,问:在原来的混合物当中,铝和过氧化钠的质量分别是多少?

解析对于这道例题来说,根据题意可以了解到整个化学反应过程非常复杂,如果仍使用传统的方法进行求解,那么整个过程会十分复杂,并且很容易计算错误.在元素守恒定律下,对于这道题来说就会非常简洁,比如说,假设过氧化钠的物质的量是Ymol,铝的物质的量是Xmol,所以就可以得到下面这个式子:78 g/mol×Y+27 g/mol×X=4.2 g,同时,在基于铝元素和氯元素以及钠元素结合元素守恒定律得到:Na2O2-2NaCl,Al-AlCl3,2Y+3X=4 mol/L×0.1 L把上述两个式子进行结合,可以得到:Y=0.01 mol;X=0.062 mol;m(Na2O2)=0.78 g;m(Al)=1.674 g.综上所述,可以得到原本混合物中的过氧化钠为0.78 g,铝的质量为1.674 g.

例5 将1.6 g的可燃物充分放置到氧气中进行燃烧,在燃烧停止后一共生成了3.6 g的水和4.4 g的二氧化碳,下列对可燃物的判断正确的是( ).

①其中一定包含了O和H;

②里面一定没有O;

③里面可能含有O;

④里面一定有O;

⑤分子中H和C的原子之比为2∶1;

⑥分子中H和C的原子之比为4∶1.

A.①③⑥ B.①②⑥

C.①④⑤ D.①②⑤

解析在这个化学反应中,因为原子当中的质量、种类和数目都是保持不变的,只要生成水就必定有H,只要生成二氧化碳就必定有C,所以①正确.已知碳元素质量为1.2 g,氢元素质量为0.4 g,所以可以得到下列式子:m(H)+m(C)=0.4 g+1.2 g=1.6 g,所以没有O,因此②正确.对于分子当中H和C的原子数之比,元素质量除以元素相对原子质量就能够得到原子的个数,所以⑥正确.综上所述,正确答案是B.

对于这种守恒法来说,就是在反应前后元素的种类不会改变,所以基于这个知识内容,在实际做题中,学生就需要考虑反应前后元素的种类,然后在结合具体的要求,使用元素守恒定律正确地解决问题.

综上所述,守恒法在化学解题中得到广泛使用,将守恒法引入到高中化学解题课堂中,这样既能够减小化学题计算的难度,又可以让学生的做题正确率和效率得到进一步的提高[3].因此,在化学教学中,教师应当指导学生仔细审题,引导学生发现题目中的关键信息,锻炼学生的解题技能,创新学生的解题思维,拓宽学生的解题思路,从而提高学生的解题效率.