守恒——化学计算解题的重要思维方法

摘要：通过具体的教学实践，探讨如何在教学中培养学生的守恒思维和解题能力。认为利用守恒思维方法解题可以达到化繁为简、化难为易、加快解题速度、提高解题能力的目标，进而帮助学生走出思维困境，提升化学计算能力。

关键词：守恒法；思维方法；化学计算

文章编号：1005–6629（2014）9–0080–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

高考化学计算重在对化学解题思维方法的考查，常见的化学解题方法有平均法、差值法、极端法、守恒法、关系式法等，其中最常见、最重要的当推守恒思维法。那么，如何在教学中培养学生的计算能力，特别是培养熟练使用守恒思维法的计算能力呢？笔者在多年的教学中通过思考、实践、感悟，形成了“重过程、巧守恒”的教学策略，运用以来学生兴趣浓厚、效果理想。本文结合具体案例和同行们探讨如下。

1 案例分析

1.1 考题呈现

部分氧化的Fe-Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76g，经如下处理：

1.3 分析座谈

本题正确选项应为B、D。根据统计分析，笔者认为大多数学生对本题涉及的过程分析不到位，原子守恒、电子得失守恒方法使用不熟练，致使错误率高。批改并统计分析后，笔者及时与不同层次的学生进行了座谈。优秀生甲说：A、B、C项我能正确理解，但判断D选项感到无从下手，我想到用守恒思路却较难建立守恒方程；中等生乙说：该题过程复杂，经过和同桌的反复探讨，才知A、C项错误，B项正确，可对D项却是一头雾水、无从下手，希望老师下节课给我们详细分析；学习有困难的学生丙说：老师，我对该题很为难，当时做题时我是参考前面优秀生丁的，只选了答案B，其实我并不知道为什么选B，其他的三个选项也不清楚对错，老师请你下节课慢一点讲解，能使我们不断提高。

对于统计结果及学生的困惑和期待，笔者倍感责任重大，通过与备课组老师交流、商讨，就该题进行第二次备课，形成了“重过程、巧守恒”的讲评思路。

1.4 实践片段

1.4.1 关注过程、活化基础

在学情调查研究的基础上，课前要求学生相互讨论认真分析，并以简明的图示表达相应的过程。下图是生1与同学相互讨论思考后，在黑板上画出的过程分析示意图。

生3：可推知滤渣中必有Cu，又因加入的稀H2SO4是过量的，滤渣中一定不含Fe，所以滤渣应全为Cu，进一步可求得其物质的量n（Cu）=3.2g/64（g/mol）=0.05 mol。因滤渣为Cu，可推得滤液A不可能有Fe3+，所以滤液A的阳离子为Fe2+和过量的H+。由此可知选项A是错误的。

（3）滤液A中加入足量NaOH溶液，有什么现象产生？可能发生的反应有哪些？用离子或化学方程式表示。

生4：先产生白色沉淀，然后很快转化为灰绿色，最后变为红褐色。发生的反应有：H++OH-=H2O，Fe2++ 2OH-=Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。

通过学生课前思考、课堂图示、教师设问、学生讨论交流等环节，学生不仅能认清该题的变化过程，还能进一步巩固、活化基础知识。

1.4.2 巧用守恒、优化思维

基于题目过程的认识与理解，对于选项B、C的解决，方可引导学生从元素守恒的角度去把握。

生5：因m（Fe2O3）=3.2g，求得n（Fe2O3）=3.2g/160（g/mol）=0.02 mol，根据Fe元素守恒，可得样品中Fe元素的物质的量为n（Fe）=2×0.02 mol=0.04 mol，所以样品中Fe元素的质量为m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，得知B项正确。

生6：因滤渣Cu的质量为3.2g，算得n（Cu）=3.2g/ 64（g/mol）=0.05 mol，根据Cu元素守恒，得样品中n（Cu）+n（CuO）=0.05 mol，所以样品中n（CuO）<0.05 mol，即m（CuO）<0.05 mol×80 g/mol，所以m（CuO）<4.0g，得知C项错误。

对于D项学生最感因难，充分引导学生紧扣守恒法，可从元素守恒、电子守恒的角度去思考解决，在课堂上先让学生运用守恒的思路相互讨论，再请学生交流汇报，根据学生汇报情况优化整合，主要有以下三种守恒方法。

方法一：真实过程电子得失守恒法

从样品中加入足量的稀H2SO4这一过程知，Fe→Fe2+失去电子的物质的量与Fe2O3→Fe2+、CuO→Cu、H+→H2共得到电子的物质的量相等，写为数学表达式为：n（Fe）×2=n（Fe2O3）×2+n（CuO）×2+n（H2）×2——①，再由Fe、Cu、O元素守恒列出下列方程：

n（Fe）+2n（Fe2O3）=0.04 mol——②（Fe元素守恒）

n（Cu）+n（CuO）=0.05 mol——③（Cu元素守恒）

3n（Fe2O3）+n（CuO）=0.02 mol——④（O元素守恒）

其中样品中O元素的物质的量n（O）=（5.76g-3.2g-0.04 mol×56 g/mol）/16（g/mol）=0.02 mol。

观察四个方程式，将②-④得n（Fe）-n（Fe2O3）-n（CuO）=0.02，由①可得：

n（H2）=n（Fe）-n（Fe2O3）-n（CuO），所以n（H2）=0.02 mol，即标准状况下V（H2）=448 mL。

方法二：虚拟过程电子得失守恒法

方法一中元素守恒方程、电子得失守恒方程的建立仍较复杂，可创设如下虚拟过程：

样品到状态Ⅰ已在关注过程的环节中分析清楚，并定量得出样品中Fe元素、Cu元素、O元素的物质的量分别为：n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol，n（O）=0.02 mol。

在这一基础上，学生想象创设一虚拟状态，该虚拟状态为：可设想样品没有部分氧化，即样品的成分就是Fe和Cu的混合物。并结合元素守恒可知虚拟状态中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虚拟状态到样品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化为Fe2O3、CuO。

有了虚拟状态的建立，学生能算出虚拟状态中Fe和Cu的质量分别为：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根据质量守恒定律知：从虚拟状态到样品的过程中参加反应的O2质量为：m（O2）=m（样品）-m（虚拟状态中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的样品中O原子的物质的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虚拟状态直接变化到状态Ⅰ，在这一变化过程中，可归纳得出：Fe→Fe2+失去电子的物质的量与O2→H2O、H+→H2共得到电子的物质的量应守恒，学生就能列出守恒方程为：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入数据就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），从而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追踪过程元素守恒法

以上两种电子得失守恒法理解后，为促使学生进一步深入思考，教师又追问是不是还有更好的守恒法求解呢？部分优秀学生能紧扣样品与稀H2SO4这一反应，追踪参加反应的稀H2SO4溶液中H+的去向，探讨发现：一部分H+反应后生成了H2，还有一部分H+反应后生成了H2O。可图示如下：

很快，学生依据氢元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反应的H2SO4的物质的量依据S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物质的量依据O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 实践感悟

通过对该校本作业题的课堂评讲，学生收获的不仅是该题的解答，更多折射出的是解决一类问题的思维方法：对常见计算题的掌握，一要分析清楚题中涉及反应的过程——重过程，二要巧妙使用常见的元素守恒、电子得失守恒等守恒思维——巧守恒。在这样的讲评过程中既培养了学生的解题思维方式，又使学生懂得了举一反三、触类旁通的道理，潜移默化地帮助学生形成解题必需的思维能力，还能让学生体验到成功的乐趣，学会思考、学会迁移，提高习题讲评课的效率。

守恒法是一种重要的化学解题思维方法，其实质就是抓住物质变化过程中某一个特定恒量进行分析，不纠缠某些细枝末节，而是认清相应的过程，把握大局，再考虑反应体系中某些组分相互作用前后某种物理量或化学量的始态和终态。利用守恒思维方法解题可以达到化繁为简，化难为易，加快解题速度，提高解题能力的目标，进而帮助学生走出思维困境，提升化学素养。

参考文献：

[1]诸全头.化学复习中易忽视的薄弱环节——计算[J].化学教学，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

在这一基础上，学生想象创设一虚拟状态，该虚拟状态为：可设想样品没有部分氧化，即样品的成分就是Fe和Cu的混合物。并结合元素守恒可知虚拟状态中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虚拟状态到样品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化为Fe2O3、CuO。

有了虚拟状态的建立，学生能算出虚拟状态中Fe和Cu的质量分别为：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根据质量守恒定律知：从虚拟状态到样品的过程中参加反应的O2质量为：m（O2）=m（样品）-m（虚拟状态中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的样品中O原子的物质的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虚拟状态直接变化到状态Ⅰ，在这一变化过程中，可归纳得出：Fe→Fe2+失去电子的物质的量与O2→H2O、H+→H2共得到电子的物质的量应守恒，学生就能列出守恒方程为：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入数据就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），从而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追踪过程元素守恒法

以上两种电子得失守恒法理解后，为促使学生进一步深入思考，教师又追问是不是还有更好的守恒法求解呢？部分优秀学生能紧扣样品与稀H2SO4这一反应，追踪参加反应的稀H2SO4溶液中H+的去向，探讨发现：一部分H+反应后生成了H2，还有一部分H+反应后生成了H2O。可图示如下：

很快，学生依据氢元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反应的H2SO4的物质的量依据S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物质的量依据O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 实践感悟

通过对该校本作业题的课堂评讲，学生收获的不仅是该题的解答，更多折射出的是解决一类问题的思维方法：对常见计算题的掌握，一要分析清楚题中涉及反应的过程——重过程，二要巧妙使用常见的元素守恒、电子得失守恒等守恒思维——巧守恒。在这样的讲评过程中既培养了学生的解题思维方式，又使学生懂得了举一反三、触类旁通的道理，潜移默化地帮助学生形成解题必需的思维能力，还能让学生体验到成功的乐趣，学会思考、学会迁移，提高习题讲评课的效率。

守恒法是一种重要的化学解题思维方法，其实质就是抓住物质变化过程中某一个特定恒量进行分析，不纠缠某些细枝末节，而是认清相应的过程，把握大局，再考虑反应体系中某些组分相互作用前后某种物理量或化学量的始态和终态。利用守恒思维方法解题可以达到化繁为简，化难为易，加快解题速度，提高解题能力的目标，进而帮助学生走出思维困境，提升化学素养。

参考文献：

[1]诸全头.化学复习中易忽视的薄弱环节——计算[J].化学教学，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

在这一基础上，学生想象创设一虚拟状态，该虚拟状态为：可设想样品没有部分氧化，即样品的成分就是Fe和Cu的混合物。并结合元素守恒可知虚拟状态中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虚拟状态到样品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化为Fe2O3、CuO。

有了虚拟状态的建立，学生能算出虚拟状态中Fe和Cu的质量分别为：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根据质量守恒定律知：从虚拟状态到样品的过程中参加反应的O2质量为：m（O2）=m（样品）-m（虚拟状态中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的样品中O原子的物质的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虚拟状态直接变化到状态Ⅰ，在这一变化过程中，可归纳得出：Fe→Fe2+失去电子的物质的量与O2→H2O、H+→H2共得到电子的物质的量应守恒，学生就能列出守恒方程为：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入数据就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），从而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追踪过程元素守恒法

以上两种电子得失守恒法理解后，为促使学生进一步深入思考，教师又追问是不是还有更好的守恒法求解呢？部分优秀学生能紧扣样品与稀H2SO4这一反应，追踪参加反应的稀H2SO4溶液中H+的去向，探讨发现：一部分H+反应后生成了H2，还有一部分H+反应后生成了H2O。可图示如下：

很快，学生依据氢元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反应的H2SO4的物质的量依据S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物质的量依据O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 实践感悟

通过对该校本作业题的课堂评讲，学生收获的不仅是该题的解答，更多折射出的是解决一类问题的思维方法：对常见计算题的掌握，一要分析清楚题中涉及反应的过程——重过程，二要巧妙使用常见的元素守恒、电子得失守恒等守恒思维——巧守恒。在这样的讲评过程中既培养了学生的解题思维方式，又使学生懂得了举一反三、触类旁通的道理，潜移默化地帮助学生形成解题必需的思维能力，还能让学生体验到成功的乐趣，学会思考、学会迁移，提高习题讲评课的效率。

守恒法是一种重要的化学解题思维方法，其实质就是抓住物质变化过程中某一个特定恒量进行分析，不纠缠某些细枝末节，而是认清相应的过程，把握大局，再考虑反应体系中某些组分相互作用前后某种物理量或化学量的始态和终态。利用守恒思维方法解题可以达到化繁为简，化难为易，加快解题速度，提高解题能力的目标，进而帮助学生走出思维困境，提升化学素养。

参考文献：

[1]诸全头.化学复习中易忽视的薄弱环节——计算[J].化学教学，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.