淺談初中化學(xué)中幾種常見守恒及其運用

馬文良

（河北省保定市徐水區(qū)戶木中學(xué)，河北 保定 072557）

在中學(xué)化學(xué)計算中，常見的守恒包括電荷守恒、物料守恒、得失電子守恒、元素守恒等。在守恒法解題的過程中，我們必須明確各類守恒法的特點，選取針對性的解題策略。在本文中，我們將從中學(xué)化學(xué)守恒法教學(xué)實踐角度出發(fā)，結(jié)合各類守恒實例，對其在化學(xué)計算中的運用展開討論。

一、常見守恒類型

（一）質(zhì)量守恒

質(zhì)量守恒是化學(xué)計算中使用最廣泛，作用最顯著的守恒計算類型之一。同時，質(zhì)量守恒定律是一切化學(xué)實驗所遵循的守恒原則之一，其實質(zhì)是參與反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量和等于反應(yīng)生成的各物質(zhì)的質(zhì)量和。從宏觀角度來說，質(zhì)量守恒即是化學(xué)反應(yīng)前后總物質(zhì)的質(zhì)量不變；從微觀上，質(zhì)量守恒的本質(zhì)是原子守恒，即是反應(yīng)前后原子數(shù)目不發(fā)生變化。

（二）電子守恒

電子守恒常用于電化學(xué)章節(jié)的計算題中，是氧化還原反應(yīng)方程式書寫的重要依據(jù)。電子守恒的本質(zhì)即是化學(xué)反應(yīng)前后，物質(zhì)失去的電子總數(shù)與得到的電子總數(shù)相等。尤其是在氧化還原反應(yīng)的計算中，還原劑失電子化合價升高被氧化，氧化劑得電子化合價降低被還原，這套口訣的根本依據(jù)還是電子守恒原理。在原電池、電解池中，電流從正極流向負(fù)極，電子移動正好與其相反，電極兩端的得失電子守恒。

（三）電荷守恒

電荷守恒常用于離子方程式的書寫，是電解質(zhì)溶液電離平衡方程判定的重要依據(jù)。首先，在電解質(zhì)溶液中，其呈現(xiàn)電中性，即是陰陽離子所帶正負(fù)電荷守恒，正電荷總數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)。其次，在離子方程式中，反應(yīng)物與生成物所帶的正負(fù)電荷守恒，正電電荷量等于負(fù)電電荷量。在涉及到溶液，特別是混合溶液的化學(xué)計算題時，電荷守恒往往是我們的首選。

二、守恒法計算運用實例

（一）質(zhì)量守恒

例1：Cu和Mg的合金共4.6克完全溶于濃硝酸，若反應(yīng)過程中硝酸被還原只產(chǎn)生4480ml的NO2氣體和336ml的N2O4氣體（均在標(biāo)況下得到的氣體體積）。此時，在反應(yīng)后的溶液中，若是加入足量的NaOH溶液，則生成的沉淀質(zhì)量為多少？

分析：在涉及到質(zhì)量有關(guān)的問題時，尤其是在混合金屬反應(yīng)類型的質(zhì)量計算上，我們通常會選用質(zhì)量守恒原則求解。對于本題，我們欲求出生成沉淀的質(zhì)量，只需要分析沉淀類型即可。首先，由于金屬Cu和Mg都是正二價，每摩爾的金屬還原可以生成2摩爾的NO2。然后，NO2與N2O4都可以視為NO2來進行守恒計算，最終可以算出等效的NO2的物質(zhì)的量為（4480+336×2）/22400=0.115mol。要想求出沉淀的質(zhì)量，我們可以從沉淀的成分入手，即是氫氧化銅與氫氧化鎂。由于參與反應(yīng)的NaOH溶液足量，利用質(zhì)量守恒原理，即可得到沉淀質(zhì)量為金屬質(zhì)量加上OH-的質(zhì)量和。而OH-的物質(zhì)的量可以從等效出的NO2的物質(zhì)的量求出。最終的總沉淀質(zhì)量即是4.6+0.115×2×17g=8.51g。

（二）電子守恒

例2：將一濃度為0.4mol/L的CuSO4溶液與濃度為0.2mol/L的KCl的混合溶液1L，并使用碳棒作為電極點解一段時間。在其中一個電極上析出0.3mol的Cu，則試問：在另一電極上收集得到的氣體在標(biāo)況下的體積是多少？

分析：本題屬于電化學(xué)章節(jié)的考題，需要學(xué)生們對點解過程中的氧化還原反應(yīng)做到透徹理解。同時，學(xué)生們對電解池陰陽極的電子轉(zhuǎn)移以及平衡移動有著透徹理解。首先，根據(jù)電解池原理，分析陰陽極電化學(xué)反應(yīng)，明確對應(yīng)的電子方程式。在陰極，Cu2+得電子被還原成Cu單質(zhì)，反應(yīng)方程式為Cu2++2e-=Cu；在陽極，Cl-失電子被氧化成氯氣，反應(yīng)方程式為2Cl--2e-=Cl2。若是我們假設(shè)生成的氣體全是氯氣，則0.2mol氯離子共失去0.2mol電子，對應(yīng)的銅離子可以得到0.2mol電子。由題意可知，陰極上析出的銅單質(zhì)為0.3mol，從得失電子守恒原理可知，氯離子失去的電子難以滿足要求。此時，溶液中的OH-開始失去電子，其反應(yīng)方程式為4OH--4e-=2H2O+O2。對應(yīng)的，我們可知溶液中的OH-應(yīng)該失去0.4mol的電子才能滿足電子守恒要求。由其反應(yīng)方程式可知，生成O20.1mol。綜上可知，該點解反應(yīng)生成的氣體有氯氣和氧氣，它們的物質(zhì)的量之和為0.2mol，對應(yīng)在標(biāo)況下的氣體體積應(yīng)該為0.2×22.4L=4.48L。

（三）電荷守恒

例3：硫酸鎂、硫酸鋁兩種物質(zhì)組成的混合溶液100ml中，SO42-的物質(zhì)的量濃度為0.2mol/L，向其中加入物質(zhì)的量濃度為0.5mol/L的NaOH溶液，直到生成的白色沉淀不再溶解為止，整個過程消耗的NaOH的體積為100ml。若忽視溶液體積變化，試求在所得濾液中AlO2-的物質(zhì)的量濃度為多少？

分析：對于本題，涉及眾多類型的化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)自然也是多式多樣。若是我們一個個羅列出化學(xué)反應(yīng)方程式，再對其電子移動與電荷守恒進行分析，必然會耽誤大量的時間精力。向混合溶液中注入NaOH溶液時，當(dāng)生成的白色沉淀不再溶解時，溶液中主要的物質(zhì)是硫酸鈉與偏鋁酸鈉。對此，我們不妨利用電荷守恒和物料守恒，直接研究電荷變化。于是，我們從硫酸根的物質(zhì)的量入手，結(jié)合氫氧化鈉溶液的含量，推斷出偏鋁酸根的物質(zhì)的量，進而得到它的物質(zhì)的量濃度。

總之，守恒法中學(xué)化學(xué)計算的重要思想方法之一，對化學(xué)解題有著明顯的簡化作用。通過守恒法的教學(xué)，有效的幫助學(xué)生們掌握了科學(xué)化學(xué)計算原則，提高了學(xué)生的解題效率。