浅谈高中化学解题中守恒法的有效运用

张婷婷

(江苏省沭阳高级中学 223600)

“守恒”思想最早是由教育家皮亚杰所提出，他认为：“人们在认识、分析事物时根据已有的理论知识或经验，得出无论事物怎么变化，仍然有某些特征保持不变.”“守恒”是化学学科思想之一，主要体现在质量守恒、电子守恒、电荷守恒等方面，在解题过程中巧妙运用“守恒法”，可以复杂的计算过程，让学生只关注变化的初始和结束状态，根据题目中的守恒关系，快速建立求解公式和求出正确结果，对于提高解题效率有着事半功倍的效果.

一、运用“质量守恒法”解题

质量守恒法是守恒法最基本的原理，从宏观角度来看，是指参加化学反应的各物质的质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是相等的；从微观角度来看，是指在化学反应前后各元素的种类与数目保持不变.质量守恒在化学中有很多表现形式和应用，比如，溶液在稀释的过程中溶质的质量保持不变.在解题过程中，运用质量守恒定律进行有效推断和计算，可避免学生在纷杂的解题背景中寻找关系式，有利于提高解题准确度.

例1已知有A、B和C三种物质的混合物，其中，A物质为30g,B物质为15g，C物质为10g，现将三种物质的混合物放置于一个密封的容器中进行加热，在化学反应停止后，发现容器中含有A为26g,B为21g,还有一种物质D，求反应后生成物与反应物之间的质量比.

分析由于题目中的物质都是以符号形式出现，所以在求解这道题目时学生难以根据题意列出化学方程式，从而出现了解题障碍.而运用守恒法中的质量守恒法就能有效的寻找到本题解题的突破口.根据质量守恒定律，参加化学反应的各物质的质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是相等的.那么，要求化学反应生成物与反应物之间的质量比，只需要弄清楚化学反应中的反应物有哪些？生成物有哪些？参加反应的各物质质量及生成的各物质质量有哪些？

从题目中可以看出，A和C的质量有所减少，所以可以判定A和C为反应物，其中，A参加反应的质量为30g-15g=15g,C的质量为10g.B和D质量有所增加，应为化学反应生成物，其中，B的生成质量为：26g-15g=11g.由质量守恒定律mA+mC=mB+mD，可得：15+10=11+mD，解出结果是D的质量为14g.因此，反应中A、B、C、D的质量比是15∶11∶10∶14.可见使用质量守恒定律，能让解题步骤变得简化，有利于提高学生解题速度.

二、运用“电子守恒法”解题

“电子守恒”是化学学科“守恒法”中的重要组成部分，在解题中的应用非常广泛，是学生进行高效解题的一把“金钥匙”.电子守恒是氧化还原反应的本质，在同一个氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数是相等的.这也是“电子守恒法”解题的理论依据.因此，在遇到氧化还原反应或电化学中的计算问题都能采用电子守恒法进行巧解，能大大降低计算复杂度.

例2已知在等体积的KI、Na2S、FeBr2三种溶液中分别通入适量氯气，在同温同压下，当化学反应刚好完成时，三种溶液所消耗的氯气体积相等，求KI、Na2S、FeBr2三种物质的量浓度之比.

分析这道题考察的是学生对氧化还原反应知识点的掌握.根据摩尔定律，溶质的物质的量浓度等于溶液的物质的量和溶液体积之比，由于三种溶液体积相等，所以要求三种物质的量浓度之比，就等于三种溶液的物质的量之比.在同温同压下，相同体积氯气对应的物质的量也相等.

根据常规的解法，是根据已知条件列出化学方程式：

由于三个化学反应中的Cl2量相同，假设为3个体积的Cl2,需要6个体积的KI，3个Na2S，2个2FeBr2，所以，得出KI、Na2S、FeBr2三种物质的量浓度之比为6∶3∶2.这种求解方法，需要学生能够正确的书写出化学方程式，不但繁琐，且一旦方程式错误，将会导致结果错误.因此，通过分析发现，题目中的三个反应都为氧化还原反应，其中，Cl2为氧化剂，在反应过程中得电子，且得电子数与还原剂失去电子数相等.根据“电子守恒法”进行求解将会让题目变得更加简单.根据每个氧化还原的产物，KI→I2，Na2S→S，FeBr2→FeCl3+Br2，其中，I的化合价升高1，S的化合价升高2，Fe的化合价升高3，Br的化合物升高了3.根据电子守恒定律，1、2、3的最小公倍数为6，所以，KI、Na2S、FeBr2三种物质的量浓度之比为6∶3∶2.在氧化还原中，有元素化合价的升高，也必然有元素化合价的降低，在解题时充分利用电子的得失守恒，能突破传统的思维定势，让解题思维变得更加丰富.

三、运用“电荷守恒法”解题

电荷守恒是指在离子化合物(或溶液)中阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数相等，换而言之是正负电荷的代数和为零.利用电荷守恒法进行解题的主要依据是在离子化合物(或溶液)中，无论存在多少种离子，化合物(或溶液)都不显电性.在题目中已知离子化合物(或溶液)中几个离子的量，求其他离子的量时，采用电荷守恒法进行计算，可从全局入手，有效避免酸碱中和反应、盐类水解中有关量的问题带来的繁琐分析和计算，使得复杂计算化繁为简，大大提高了解题效率.

例3已知在常温下，将氢氧化钠(NaOH)溶液与甲酸(HCOOH)溶液进行混合，所得溶液酸碱度为中性，比较此时溶液中c(HC00-)和c(Na+)大小.

分析这是一道有关比较溶液中离子浓度大小的题目.若按照常规的方法进行求解，甲酸(HCOOH)属于一种弱酸，在于氢氧化钠(NaOH)溶液进行混合时，会发生酸碱化学反应，当恰好中和时，生成的弱酸强碱盐水会发生水解，使得溶液呈碱性.而题目中给出的是溶液呈中性，由此可判断HCOOH过量，但过量的并不多，因为过多时，溶液会呈酸性.在分析后，很多学生发现仍然无法比较溶液中c(HCOO-)和c(Na+)的大小关系.为此，针对这类比较离子浓度大小的题目，利用电荷守恒法，可使计算大为简化.氢氧化钠(NaOH)溶液与甲酸(HCOOH)溶液混合后，在混合溶液中存在四种离子：Na+、H+、OH-、HCOO-.根据电荷守恒，有下列关系：c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCOO-).由于溶液呈中性，即：pH=7，所以有c(H+)=c(OH-)，从而可以求出c(H+)=c(HCOO-).由此可见，利用电荷守恒法进行化学计算避开了繁杂的运算，不用理会物质的化学式，只需要根据离子化合物(或溶液)中有几种离子就能简便计算，能达到事半功倍的解题效果.

综上所述，在化学学习过程中，会遇到各式各样的问题，如何将这些问题进行有效归类，并获得高效的解决方法至关重要.在解答化学题目时，根据已知条件和所求问题灵活的运用各种守恒定律，一方面可避免复杂的化学计算与分析过程，缩短计算时间，另一方面也能解题思路更加清晰，准确的掌握化学反应过程中参与反应物质的内在关系，对提高解题准确率具有十分重要的意义.