初中化学中几种常见守恒及其运用

初中化学中几种常见守恒及其运用

作者：施建军

来源：《中学课程辅导·教师通讯》2015年第17期

【内容摘要】守恒法是中学化学计算的一种最基本、最常见的方法，它的使用常常会起到简化计算过程。通过守恒法的灵活使用，可以有效提高学生的解题速率和效率。同时，守恒法的使用可以深化学生对化学原理及内涵的理解，提高教学效率。

【关键词】中学化学守恒法策略探究

在中学化学计算中，常见的守恒包括电荷守恒、物料守恒、得失电子守恒、元素守恒等。在守恒法解题的过程中，我们必须明确各类守恒法的特点，选取针对性的解题策略。在本文中，我们将从中学化学守恒法教学实践角度出发，结合各类守恒实例，对其在化学计算中的运用展开讨论。

一、常见守恒类型

1.质量守恒。质量守恒是化学计算中使用最广泛，作用最显著的守恒计算类型之一。同时，质量守恒定律是一切化学实验所遵循的守恒原则之一，其实质是参与反应的各物质的质量和等于反应生成的各物质的质量和。从宏观角度来说，质量守恒即是化学反应前后总物质的质量不变；从微观上，质量守恒的本质是原子守恒，即是反应前后原子数目不发生变化。

2.电子守恒。电子守恒常用于电化学章节的计算题中，是氧化还原反应方程式书写的重要依据。电子守恒的本质即是化学反应前后，物质失去的电子总数与得到的电子总数相等。尤其是在氧化还原反应的计算中，还原剂失电子化合价升高被氧化，氧化剂得电子化合价降低被还原，这套口诀的根本依据还是电子守恒原理。在原电池、电解池中，电流从正极流向负极，电子移动正好与其相反，电极两端的得失电子守恒。

3.电荷守恒。电荷守恒常用于离子方程式的书写，是电解质溶液电离平衡方程判定的重要依据。首先，在电解质溶液中，其呈现电中性，即是阴阳离子所带正负电荷守恒，正电荷总数等于负电荷总数。其次，在离子方程式中，反应物与生成物所带的正负电荷守恒，正电电荷量等于负电电荷量。在涉及到溶液，特别是混合溶液的化学计算题时，电荷守恒往往是我们的首选。

二、守恒法计算运用实例

1.质量守恒

【例1】Cu和Mg的合金共4.6克完全溶于浓硝酸，若反应过程中硝酸被还原只产生4480ml的NO2气体和336ml的N2O4气体（均在标况下得到的气体体积）。此时，在反应后的溶液中，若是加入足量的NaOH溶液，则生成的沉淀质量为多少？

【分析】在涉及到质量有关的问题时，尤其是在混合金属反应类型的质量计算上，我们通常会选用质量守恒原则求解。对于本题，我们欲求出生成沉淀的质量，只需要分析沉淀类型即可。首先，由于金属Cu和Mg都是正二价，每摩尔的金属还原可以生成2摩尔的NO2。然后，NO2与N2O4都可以视为NO2来进行守恒计算，最终可以算出等效的NO2的物质的量为（4480+336×2）/22400=0.115mol。要想求出沉淀的质量，我们可以从沉淀的成分入手，即是氢氧化铜与氢氧化镁。由于参与反应的NaOH溶液足量，利用质量守恒原理，即可得到沉淀质量为金属质量加上OH-的质量和。而OH-的物质的量可以从等效出的NO2的物质的量求出。最终的总沉淀质量即是4.6+0.115×2×17g=8.51g。

2.电子守恒

【例2】将一浓度为0.4mol/L的CuSO4溶液与浓度为0.2mol/L的KCl的混合溶液1L，并使用碳棒作为电极点解一段时间。在其中一个电极上析出0.3mol的Cu，则试问：在另一电极上收集得到的气体在标况下的体积是多少？

【分析】本题属于电化学章节的考题，需要学生们对点解过程中的氧化还原反应做到透彻理解。同时，学生们对电解池阴阳极的电子转移以及平衡移动有着透彻理解。首先，根据电解池原理，分析阴阳极电化学反应，明确对应的电子方程式。在阴极，Cu2+得电子被还原成Cu 单质，反应方程式为Cu2++2e-=Cu；在阳极，Cl-失电子被氧化成氯气，反应方程式为2Cl--2e-=Cl2。若是我们假设生成的气体全是氯气，则0.2mol氯离子共失去0.2mol电子，对应的铜离子可以得到0.2mol电子。由题意可知，阴极上析出的铜单质为0.3mol，从得失电子守恒原理可知，氯离子失去的电子难以满足要求。此时，溶液中的OH-开始失去电子，其反应方程式为4OH--4e-=2H2O+O2。对应的，我们可知溶液中的OH-应该失去0.4mol的电子才能满足电子守恒要求。由其反应方程式可知，生成O20.1mol。综上可知，该点解反应生成的气体有氯气和氧气，它们的物质的量之和为0.2mol，对应在标况下的气体体积应该为0.2×22.4L=4.48L。

3.电荷守恒

【例3】硫酸镁、硫酸铝两种物质组成的混合溶液100ml中，SO42-的物质的量浓度为0.2mol/L，向其中加入物质的量浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，直到生成的白色沉淀不再溶解为止，整个过程消耗的NaOH的体积为100ml。若忽视溶液体积变化，试求在所得滤液中

AlO2-的物质的量浓度为多少？

【分析】对于本题，涉及众多类型的化学物质，发生的化学反应自然也是多式多样。若是我们一个个罗列出化学反应方程式，再对其电子移动与电荷守恒进行分析，必然会耽误大量的

时间精力。向混合溶液中注入NaOH溶液时，当生成的白色沉淀不再溶解时，溶液中主要的物质是硫酸钠与偏铝酸钠。对此，我们不妨利用电荷守恒和物料守恒，直接研究电荷变化。于是，我们从硫酸根的物质的量入手，结合氢氧化钠溶液的含量，推断出偏铝酸根的物质的量，进而得到它的物质的量浓度。

总之，守恒法中学化学计算的重要思想方法之一，对化学解题有着明显的简化作用。通过守恒法的教学，有效的帮助学生们掌握了科学化学计算原则，提高了学生的解题效率。

（作者单位：江苏省射阳县实验初级中学）