守恒法在高中化学解题中的运用
作者 :  丁玉娟 陈茂林

  化学计算是高中化学教学中不可或缺的部分,在高考试题中占有一定的分值.虽然近几年高考中计算考试有所淡化,但近观理科综合三年高考化学题,每年都对有关守恒法的计算进行考查.其实,高考对计算的考查,更重基础、更重方法.守恒法是解决化学计算问题常用的一种快速、简便而又准确的一种方法,在考试时既可节省时间又可提高准确率.所谓守恒,就是指化学反应的过程中,存在某些守恒关系:如质量守恒(原子或原子团守恒)、电荷守恒、得失电子守恒以及一些化学变化前后恒定不变的量.应用守恒关系进行化学解题的方法叫做守恒法.本文从高考题中选择有关化学计算中运用守恒法的解题方法,以实例分析.
  一、质量守恒法
  质量守恒是指在化学反应中 “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”.
  例1(2009上海卷 )臭氧层是地球生命的保护神,臭氧比氧气具有更强的氧化性.实验室可将氧气通过高压放电管来制取臭氧: 3O2放电2O3.若在上述反应中有30%的氧气转化为臭氧,所得混合气的平均摩尔质量为g/mol (保留一位小数).
  解析根据质量守恒定律知反应后容器中混合气体的质量等于反应前O2的质量.假设反应前氧气物质的量为1 mol,则反应后混合气体的平均摩尔质量为:
  3O2放电2O3
  3 mol 2 mol
  0.3 mol 0.2 mol
  M=32 g/(1 mol -0.3 mol+0.2 mol)mol =35.6 g/mol
  二、元素守恒法
  元素守恒又可称为原子或原子团守恒,它依据质量守恒定律微观解释:“在一切化学反应中,反应前后原子的种类、数目、原子质量没有变化”.
  例2(2010全国卷1)一定条件下磷与干燥氯气反应,若0.25 g磷消耗掉314 mL氯气(标准状况),则产物中PCl3与PCl5的物质的量之比接近于( ).
  A.1∶2 B.2∶3
  C.3∶1 D.5∶3
  解析本题考查学生的基本化学计算能力,如按化学方程式解比较繁琐,运用元素守恒法即可解得.设n(PCl3)=x mol, n(PCl5)=y mol,由P元素守恒有:x+y=0.25/31≈0.008……①;由Cl元素守恒有3x+5y=(0.314×2)/22.4≈0.028……②,联立之可解得:x=0.006,y=0.002.故选C.
  三、电荷守恒法
  电荷守恒是指在溶液中由于整个溶液不显电性,故所有阳离子所带电荷总数等于阴离子所带的电荷总数.
  例3(2009全国卷Ⅰ)将15 ml 2 mol・L-1 Na2CO3溶液逐滴加入到40 mL,0.5 mol・L-1 MCln盐溶液中,恰好将溶液中的 离子完全沉淀为碳酸盐,则MCln中n值是( ).
  A. 4 B. 3 C. 2 D. 1
  解析本题常见的解法是列Na2CO3与MCln反应对应的关系式为:2Mn+~nCO2-3进行解答,但可以从反应后溶质为NaCl,由电荷守恒可知,n(Na+)=n(Cl -),15×10-3×2×2=40×10-3×0.5×n, n=3,故选B.
  四、电子守恒法
  电子守恒主要用在氧化还原反应中,因为还原剂失去电子的总数一定等于氧化剂得到电子的总数,得失电子总数保持守恒.一般等式为:n(还原剂) ×升价原子个数×价升高值=
  n(氧化剂)×降价原子个数×价降低值,它广泛应用于氧化还原反应中的各种计算,甚至包括电解产物的计算.
  例4 (2009全国卷Ⅱ6) 物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是().
  A. 1∶4 B.1∶5 C. 2∶3 D.2∶5
  解析设2 mol Zn参与反应,因Zn无剩余,则最终生成了2 mol Zn(NO3)2,显然含有4 mol NO-3,这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3,根据得失电子守恒有:2×n(Zn)=n(HNO3)×4,则n(HNO3)=1 mol,即有1 mol HNO3被还原.故选A.
  可以设置一系列数量不多、由易到难且贴近生活的问题,逐步打开学生的思路,充分发挥问题的价值.
  3.引导学生积极探究问题
  传统教学中,教师处于中心地位,教师讲解之后往往没给学生留下思考的时间和空间,就直接公布问题的结果.长此以往,学生习惯了被动地接受结果,而没有养成主动思考的意识.即使教师提出问题,学生也不乐于主动思考,而是习惯性地等着老师公布结果,这样就造成了沉闷乏味的氛围,达不到问题驱动式教学应有的效果.
  针对高中化学复习,教师在问题设置、提问方式上要注意符合学生的学习心理,尽量让学生主动思考而非被动接受.例如在复习胶体的相关知识时,教师可以先提出能引起学生积极性的问题“如何能从一杯豆浆中得到水?”学生会给出的回答可能是胶体提纯方法,也可能是胶体凝聚方法.针对两个不同方向的回答,教师可以继续提问“两种类型的方法有什么区别?”“分别利用了什么化学原理?”“哪一种方法得到的效果更好?”学生在思考的同时,思维始终处于活跃状态,不至于课堂冷场、有问无答.
  问题驱动式教学不是一个死板的套路,它需要教师能够在课堂中灵活运用.将问题驱动式教学运用于高中化学复习,“提出问题――解决问题――反思总结”的过程中要注意保持良好教学氛围,避免简单地对知识进行重复,避免已有问题的重现.通过设置有趣、合理的问题,鼓励学生积极主动探索和解决问题,在此过程中加深对复习知识的印象.

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