化学（心得）之高中化学解题方法——守恒思想的巧妙运用

化学（心得）之高中化学解题方法——守恒思想的巧妙运用

化学论文之高中化学解题方法——守恒思想的巧妙运用 ‎ 物质守恒定律在千变万化的自然界中每时每刻都是存在的，而化学中的守恒思想主要是根据化学反应前后物质的各种量的守恒来树立的，利用化学变化中各种量的守恒来解决化学问题。守恒法是中学化学计算中一种很重要的简便方法，也是高考试题中应用最多的方法之一，其特点是紧抓化学变化之中某些量在过程中是保持不变的这一规律，把守恒的思想作为解题的依据，利用某些不变量建立有关的数学关系式，从而树立解题的思路，简化了复杂的解题过程，达到快速高效的解题效果。所以，在高中化学的学习过程中，培养守恒思想来提高学习化学的能力和加深对化学的理解是尤为重要的。‎ 高中化学习题解答中涉及到多种守恒定律，主要有质量守恒规律，物质的量守恒规律，元素守恒规律，电荷守恒规律，电子得失守恒规律，多重守恒规律，能用守恒解答的题目较多。解题步骤上，最为重要的是对各种物质在化学反应中的变化做出准确的分析，以能够确定各个量值的关系。对已知条件中各个量的关系可以从某种元素的存在形式入手，对整个题目全过程进行贯穿，也可以通过分析题中给出的各种反应关系条件找到隐藏的关系。本文将对常见的守恒题型及其巧妙的运用进行举例，分析、探讨：‎ 一、     质量守恒规律 参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和，这就叫做质量守恒定律。根据这个规律进行计算或者推断。主要包括反应物总质量与生成物总质量守恒；反应中某种元素的质量守恒；物质溶解，溶液稀释，蒸发结晶等物理过程中溶质总质量守恒；可逆反应过程中总质量守恒。‎ ‎    例题：有一块铝、铁合金，溶于足量的盐酸中，再用过量的NaOH溶液处理，将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧，完全变成红色粉末，经称量红色粉末和合金质量恰好相等，则合金中铝的质量分数为（     ）‎ A.60%             B.50%            C.40%            D.30%‎ ‎        解析：按常规方法，应计算出铝、铁合金的质量及其组分的质量，再求出铝的质量分数。运用质量守恒规律，由题意分析可知最后的红色粉末是Fe2O3,又知红色粉末和合金质量恰好相等，说明Fe2O3中氧元素的质量等于合金中铝的质量，所以合金中铝的质量分数为Fe2O3中氧元素的质量分数30%。此题锻炼学生整体全面的分析问题的能力，而不通过小点思考问题。‎ 一、 物质的量守恒规律 物质的量守恒是根据反应前后某一物质的量不变的原理进行推导和计算的方法，该规律和质量守恒有很大的相似之处。这种方法可以运用于多步反应的计算，简化计算过程，减少数学运算一步得出结果，提高解题效率。‎ 例题：现有一定的氢氧化钾固体，该固体中含水2.8%，碳酸钾7.2%，取其中的1克放入50ml盐酸中，盐酸的浓度为3mol/L，未反应的盐酸用30.8ml浓度为1.07mol/L的氢氧化钾溶液中和，那么中和后的溶液加热蒸干后得到的固体质量为（     ）‎ 解析：本题如果按照常规方法计算解题，可能会先计算出固体中的KOH，K2CO3的质量，再根据与盐酸的相应的反应来计算出生成物的量，得到最终固体的质量，但是这个过程会非常复杂也容易出错。我们通过分析题目已知条件，可以知道溶液蒸干后得出的固体是KCl，而氯元素全部来自加入的盐酸，所以根据氯元素的前后质量守恒，能够得出n（KCl）=n（HCl），即0.05L×3mol/L=0.15mol，所以m（KCl）=0.15mol×74.5g/mol，计算得出最后固体的质量为11.175g。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 二、 元素守恒规律 化学反应前后各元素的种类，各元素的原子个数不变，其物质的量，质量也是不变的，这就是元素守恒规律。元素守恒包括原子守恒和离子守恒，原子守恒是依据反应前后原子的种类及个数都不变的原理，进行分析或计算的方法。离子（带电的原子或原子团微粒）守恒是根据反应（非氧化还原反应）前后离子数目不变的原理进行分析和计算。用这种方法计算不需要化学反应是，只需要找到始态和终态时离子之间的相应关系，就可以通过守恒规律，得出所需结果。‎ 例题：38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部反应完全后，共收集22.4ml（标准状况）气体，反应消耗的HNO3的物质的量可能是（    ）‎ ‎       A.1.0×10-3mol    B.1.6×10-3mol    C.2.2×10-3mol    D.2.4×10-3mol ‎         解析：铜和硝酸反应时，硝酸起两个作用：酸性和氧化性作用，表现酸性作用的HNO3在Cu(NO3)2中，体现氧化性的HNO3在NO或NO2中。分析气体成份可知，含有NO或NO2还是NO和NO2混合气体，无论是哪种情况，起氧化作用的N的物质的量都等于气体的物质的量。酸性作用的HNO3可利用Cu(NO3)2计算得出。所以消耗的硝酸的量=0.0384/64×2+0.0224/22.4=2.2×10-3mol。本题主要是围绕氮原子守恒这条线索来解答题目。  ‎ 三、 电荷守恒规律 对于任何一电中性的体系，如化合物，混合物，溶液等，电荷的代数和为0。我们一般讨论的问题是在电解质溶液或离子化合物中，含有阴、阳离子的电荷数相等，即：阳离子的物质的量×‎ 阳离子的电荷数=阴离子的物质的量×阴离子的电荷数，由此可知           （1）在离子方程式中，阴、阳离子的电荷数相等；‎ 例题：在一定条件下，RO3n-与I-发生反应的离子方程式为：RO3n-+6I-+6H+=R-+3I2  +3H2O，则RO3n-中R元素的化合价是（   ）‎ ‎ 解析：有电荷守恒可知，RO3n-中的n=-1，才能使整个离子方程式的电荷守恒，根据原子团内元素化合价的计算，则R元素的化合价是+5价。       ‎ ‎（2）在电解质溶液里，阴、阳离子的电荷数相等。‎ 例题：某硫酸铝和硫酸镁的混合溶液中，c(Mg2+)=2mol/L，c(SO42-)=6.5mol/L，则溶液中c(Al3+)为（      ）‎ A. 2mol/L    B.3mol/L    C.4mol/L    D.5mol/L 解析：此题所给条件是有关离子的，求的也是有关离子，遇到此类问题想到利用电荷守恒。利用电荷守恒要先确定离子种类，阳离子有Mg2+， Al3+，阴离子有SO42-，那么2c(Mg2+)+3c(Al3+)=2c(SO42-)，可以得出c(Al3+)=3mol/L。‎ 四、 电子得失守恒规律 电子得失守恒是指在氧化还原反应中，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。该规律主要用于有关氧化还原方程式的计算和配平氧化还原方程式和原电池、电解池中有关的电极反应式书写和电子转移数目的计算以及电极产物量的计算。‎ 例题：7.68g铜和一定量的浓硝酸反应，当铜反应完全时，收集到标准状况下的气体4.48L，若把装有这些气体的集气瓶倒立在盛水的水槽中，需通入多少升标准状况下的氧气才能使集气瓶充满溶液？‎ 解析：通过分析题目可知，铜和浓硝酸反应会生成氮氧化物气体，生成的气体经过通入足量的氧气，与水完全反应又生成硝酸。这个过程中，存在多个氧化还原反应，第一，铜与浓硝酸反应失去电子，第二氮氧化物气体和水和氧气反应，氧气最终得到电子。所以从整体分析来看，铜失去的电子=氧气得到的电子。‎ ‎7.68g铜的物质的量是0.12mol,反应后生成Cu2+，所以失去0.24mol电子，那么氧气得到0.24mol电子，所以需要氧气的物质的量是0.06mol，标准状况下的体积是1.344L。‎ 五、 多重守恒规律 多重守恒是利用多种守恒列方程式组进行计算的方法。‎ 例题：0.1mol/L的NaOH溶液0.2L，通入标准状况下448mL H2S气体，所得溶液离子浓度大小关系正确的是（  ） ‎ A．[Na+]＞[HS－]＞[OH－]＞[H2S]＞[S2－]＞[H+] ‎ B．[Na+]+[H+]=[HS－]＋[S2－]＋[OH－] ‎ C．[Na+]＝[H2S]＋[HS－]＋[S2-]＋[OH－]         ‎ D．[S2－]＋[OH－]＝[H+]＋[H2S] ‎ 解析：对于溶液中微粒浓度（或数目）的比较，要遵循两条原则：一是电荷守恒，即溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数；二是物料守恒，即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。 ‎ ‎     上述溶液实际上是含0.02mol NaHS的溶液。根据上面的规律： ‎ 电荷守恒：溶液中阳离子有Na+、H+，阴离子有HS－、S2－、OH－。 ‎ ‎[Na+]+[H+]=[HS－]＋2[S2－]＋[OH－] …………………① ‎ 物料守恒：HS－由于水解和电离，其存在形式为HS－、S2－、H2S。‎ S=[S2-]＋[HS－]＋[H2S]  ‎ 而钠元素物质的量等于硫元素物质的量即[Na+]=[S2-]＋[HS－]＋[H2S] ………② ‎ ‎②代入①中，得[S2－]＋[OH－]＝[H+]＋[H2S] …………………③ ‎ 另在溶液中，H+、OH－都由H2O电离而来，故H+、OH－二者的总量应相等，而H+由于HS－水解的原因存在形式为H+、H2S，OH－由于HS－电离的原因存在形式为OH－、S2－。同样可得到③。所以答案是选D。‎ ‎    守恒法在计算题的解决中占有很高的频率，熟练并灵活地掌握守恒法对解决问题会起到很好的效果。‎