化学计算问题中的守恒思想

张小芸

摘 要：守恒是化学学科的基础，在化学的学习和计算中必须要首先建立起守恒的思想。守恒思想有多种形式，如能量守恒、原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等等。其实总共可以归结为三大守恒：即化学变化中的原子守恒；氧化还原反应中得失电子守恒和电解质溶液中阴阳离子之间的电荷守恒。在平时教学中不仅要注意强化守恒意识，而且还要结合守恒思想来解决化学变化的具体问题。

关键词：守恒法；原子守恒；电子守恒；电荷守恒

中图分类号：G633.8 文献标识码： A 文章编号：1992-7711（2016）06-001-01

一、守恒法的基本题型和解题依据

守恒是化学学科的基础，在化学的学习和计算中必须要首先建立起守恒的思想。守恒思想有很多种形式，如能量守恒、原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒、质子守恒等等。其实总共可以归结为三大守恒：即化学变化中的原子守恒；氧化还原反应中得失电子守恒和电解质溶液中阴阳离子之间的电荷守恒。在平时教学中不仅要注意强化守恒意识，而且还要结合守恒思想来解决化学变化的具体问题。

二、例题应用指导

（一）原子守恒：化学反应的实质是原子的重新组合，因此在反应前后都存在着原子守恒。具体计算中利用反应前后质量不变的原理进行求解。

例1.将一定质量的镁铝合金，投入到500 mL 2 mol/L的盐酸中完全溶解后使生成的沉淀量最多需再加入4 mol/L的NaOH溶液的体积是（ ）

A.125 mL B.200 mL C.250 mL D.560 mL

分析：镁铝合金与盐酸反应，合金完全溶解，生成Mg2+和Al3+，加入NaOH溶液要使生成的沉淀最多，则Mg2+和Al3+全部转化为沉淀，经过分析反应后的产物均为氯化钠，由钠原子和氯原子守恒可得n（NaOH）= n（NaCl）=n（HCl），由V=n/C计算NaOH溶液的体积。答案：C

【反思】学生在做题时可能从计算镁铝合金中的镁和铝的质量着手，写出各步反应的方程式并列出方程组进行求解，使得计算过程繁琐，此时如果应用原子守恒法，就可以减少计算过程，提高做题效率。

（二）电子守恒：在氧化还原反应的实质是存在电子转移，同时引起元素化合价的升降，而电子并不会凭空的产生或消失，因此在反应中有得失电子守恒和化合价升降守恒的关系。即n（氧化剂）×变价原子个数×化合价变化值=n（还原剂）×变价原子个数×化合价变化值

例2.22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应收集到0.3 mol NO2和0. 2 mol NO，则生成产物中存在Fe3+和Fe2+的比值是多少？

分析：依题意知，由硝酸生成0.3molNO2和0.2 molNO，根据化合价升降可知HNO3→0.3 mol NO2 从+5价降低到+4价，转移0.3mol电子，由HNO3→0.2 mol NO 是从+5价降低到+2价，转移0.6mol电子，即共得到0.9mol电子；分析共有0.4 molFe，若全部转化为Fe2+ 共失去0.8mol电子，若全部转化为Fe3+ 共失去1.2mol电子，则反应后生成的盐为Fe（NO3）3和Fe（NO3）2 ，根据十字交叉法可得比值为1：3。

【反思】该题应用了电子守恒法、极限法和十字交叉法，因此在平时化学学习中应多加强这些常用计算方法的练习。

（三）电荷守恒：通过学习我们理解对任一电中性的体系正电荷总数和负电荷总数是相同的，因而在化合物和电解质溶液中，阴阳离子所带电荷数也是相同的，即电荷守恒。

例3.将KCl和KBr的混合物13.4克，溶于水配成500mol溶液，通入过量的Cl2，反应后将溶液蒸干，得固体11.175克，则原配溶液中的K+、Cl-、Br-的物质的量浓度之比为（ ）

A、1：2：3 B、3：2：1 C、1：3：2 D、2：3：1

分析：根据溶液中的电荷守恒有[K+]=[Cl-]+[Br-]则[K+]>[Cl-]、[K+]>[Br-] 答案： B

例4.某地酸雨分析数据如下：[Na+]=2.3×10-5mol/L ，[Cl-]=3.5×10-5mol/L [NH4+]=7×10-6mol/L ，[SO42-]=2.5×10-6mol/L ， 该地酸雨的PH值是（ ）。

A.3.0 B.4.0 C.4.3 D.5.0

分析：根据酸雨中，阴阳离子电荷守恒求算： [Na+]+ [NH4+] +[H+] =[Cl-] +2[SO42-] +[OH-] 因溶液显酸性，故[OH-]可略。代入题给数据，求得[H+]=1.0×10-5mol/L PH=5.0答案： D。

【反思】电荷守恒在溶液中离子浓度大小比较和相关计算中被经常使用。

三、守恒的巧妙应用

在理解了守恒的概念后，在具体的应用上还要注意方法的选取和巧妙应用。如在一个具体的化学反应中，如果涉及到与质量有关的问题可考虑质量守恒法。氧化还原反应方程式的正确书写及有关计算，原电池和电解池的电极方程式正确书写及有关电化学计算，均涉及到氧化还原反应，常用电子守恒。涉及到溶液中阴阳离子浓度的大小比较和计算问题可考虑电荷守恒。

总之，守恒思想在高中化学解题过程中发挥着很重要的作用，是化学中常用的解题方法之一，要根据不同条件，结合具体的守恒思想，有效建立恒等式关系，巧妙作答，可以提高解题速率和准确率。