守恒法在中学化学计算中的运用
作者 : 未知

  守恒法在初中化学解题中有着广泛的应用,守恒法是根据化学问题中某一化学单位守恒的原理进行化学问题求解的方法.在初中化学教学中,守恒量可能是质量、物质的量、电荷,甚至能量.通过守恒量的使用,可以简化求解过程,同时可以促进学生对化学知识的理解.对此,化学教师必须从各类化学守恒的原理出发,巧妙地将解题方法传授给学生.
  一、质量守恒
  质量守恒定律,又称物质不灭定律,即在化学反应过程中,反应前后的反应物与生成物的质量和必然相等.从宏观角度而言,即是化学反应变化前后的质量相等;从微观角度而言,即是化学反应变化前后的同种元素的原子个数相等.只要把握住这两点,学生就把握住了中学质量守恒的原理.
  1.宏观质量相等
  例1已知生成物C、D的相对分子质量之比为9∶22,在化学反应A+2B=2C+D中,当1.6gA与B完全反应后,生成4.4gD,则参与反应的B与生成物C的质量之比为().
  A.46:9
  B.32:9
  C.23:9
  D.16:9
  解析:该题是要求学生判断反应中化学物质的质量变化情况.对此,结合质量守恒的宏观质量相等原理,即可知道:该反应前后的反应物与生成物的质量是相等的.已知有4.4gD生成,且C、D的相对分子质量比为9∶22,再结合该反应式右侧的生成物系数,即可知,在4.4gD生成的同时,还有3.6gC生成.于是结合质量守恒定律可知,m(A)+m(B)=m(C)+m(D).现已知A的质量为1.6g,则B的质量为6.4g.因此,可以得到该题的答案为6.4∶3.6.答案为D.通过质量守恒定律的运用,有利于学生掌握化学反应变化过程的实质,帮助学生理解化学变化.
  2.微观原子相等
  例2将一定量的Fe和Fe2O3的混合物放入25mL、2mol/L的HNO3溶液中,反应完全后无固体剩余,生成标况下224mL的NO气体.此时,再向反应后的溶液中加入1mol/L的NaOH溶液,此时,欲使铁元素全部沉淀下来,要加入NaOH溶液的体积至少是多少?
  解析:利用质量守恒原理中的微观原子相等原理,将整个实验过程视为整体,探究决定本题答案的核心要素,巧妙使用质量守恒法.欲使铁元素完全沉淀,那么生成的溶液为NaNO3.根据氮元素的前后原子数相等的原理,可知NaNO3溶液中的氮原子总数等于反应前硝酸溶液中的氮原子数与NO气体中的氮原子数之差,即是n(NO3-)=n(Na+)=2×0.025-224/22400=0.04(mol).由于反应生成后的溶液为NaNO3,于是n(Na+)=n(NaOH)=0.04(mol).由于该NaOH溶液的浓度为1mol/L,则其体积为0.04/1=0.04(L).
  二、得失电子守恒
  在中学化学中,氧化还原反应是初中化学教学的重要内容之一,其中的离子方程式、氧化还原反应判断更是化学学科的重点和难点.要想帮助学生学好氧化还原反应,得失电子守恒原理教学是关键.凡是氧化还原反应,在反应过程中的得失电子数量必定相等.在初中化学电解池章节中,得失电子守恒即是通过阴阳两极的电子数相等;在原电池中,即是通过电池正负两极的电子数相等;在氧化还原反应中,即是氧化剂得电子的数量等于还原剂失电子数相;等等.这些守恒关系,对于简化化学反应的求解、促进学生形成整体思维有着关键作用.
  例3在一定条件下发生如下反应:RO3n-+6I-+6H+=R-+3I2+3H2O.
  (1)求RO3n-的符号中n的值.
  (2)求RO3n-中R元素的化合价.
  (3)求R元素的最外层电子数.
  解析:从该化学反应的方程式可以看出,该反应属于氧化还原反应,其中I-是还原剂、RO3n-是氧化剂.(1)利用离子方程式左右电荷相等即可求出,即是(-n)+6x(-1)+6x(+1)=(-1).求得n=1.(2)要求R元素的化合价,利用n=1,结合该离子的表达式即可求出.对此,不妨设R元素的化合价为x,则x+(-2)×3=-1,求得x=+5.(3)已知R元素的离子形式为R-,依据得失电子守恒原理,可知R元素容易得到1个电子形成8电子稳定结构.可以判断出该元素的最外层电子数为7.
  三、电荷守恒
  电荷守恒是指在离子化合物或是电解质溶液中,阴离子所带的负电荷数总是等于阳离子所带的正电荷数,且离子化合物自身以及电解质溶液不显出电性.与得失电子守恒相比,电荷守恒简单易懂,不涉及复杂的电子移动,只是纯粹的正负电性相抵.
  总之,在初中化学教学中,守恒法是化学教学必不可少的环节之一.无论是在化学反应、化学原理教学以及化学应用中,守恒法都有着重要的地位.我们不难看出,在初中化学解题的过程中,巧妙利用守恒法对简化求解过程、提高学生的思维能力有着显著的作用.

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