浅谈高中化学解题中守恒法的有效运用

毛宽云

一、高中化学解题中的守恒法

化学反应的实质是原子间重新组合，依据质量守恒定律在化学反应中存在一系列守恒现象，如：质量守恒、原子守恒、电荷守恒、化学价守恒等，利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。它的优点是用宏观的统揽全局的方式列式，不去探求某些细微末节，直接抓住其中的特有守恒关系，快速建立计算式，巧妙地解答题目。

高中化学涉及到化学计算的题目非常多，守恒法是一种高中化学典型的解题方法。它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变来列式求解，可以免去一些复杂的数学计算，大大简化解题过程，提高解題速度和正确率。通俗地说，就是抓住一个在变化过程中始终不变的特征量来解决问题。目的是简化步骤，方便计算。

二、高中化学解题中守恒法的有效运用

1.质量守恒法

化学反应的实质是原子间重新结合，质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变，在配制或稀释溶液或浓缩溶液过程中，溶质的质量不变。其主要包括：反应物总质量与生成物总质量守恒；反应中某元素的质量守恒；结晶过程中溶质总质量守恒；可逆反应中反应过程总质量守恒。利用质量守恒关系解题的方法叫做“质量守恒法”。

比如，利用化学反应过程中的质量守恒关系解化学计算题。

例1 铁有可变化合价，将14.4 g FeC2O4（草酸亚铁）隔绝空气加热使之分解，最终可得到7.6 g铁的氧化物，则该铁的氧化物组成可能为（ ）。

A.FeO B.Fe3O4 C.FeO·Fe3O4 D.Fe2O3

解析 已知Fe、C、O的相对原子质量分别为56、12、16，FeC2O4中含铁元素的质量：

m（Fe）=14.4 g×5656+12×2+16×4=5.6 g

将FeC2O4隔绝空气加热，。在加热过程中，铁元素没有损耗，铁元素的质量是不变的。由“质量守恒法”可得：所得氧化物中m（Fe）仍为5.6 g，则m（O）=7.6 g-5.6 g=2.0 g。

依据物质的量（n）与质量（m）、摩尔质量（M）之间公式n=mM，又据

n1n2=N1N2（N1、N2代表微粒个数）

则n（Fe）n（O）=m（Fe）M（Fe）

m（O）M（O）=5.6 g56 g/mol2.0 g16 g/mol=45，答案为C。

再如，利用稀释前后溶质的质量守恒关系解化学计算题。

例2 用98%（密度为1.84 g/cm3）的浓H2SO4配制200 g 20%的稀H2SO4，需这种浓度的浓H2SO4 （ ）。

A.40.8 g B.40.8 mL C.22.2 mL D.20 mL

解析 在由浓溶液稀释而配制溶液的过程中，H2SO4溶质的质量是不变的，设浓H2SO4的体积为V，依据ρ=mV公式，由质量守恒定律列出

H2SO4质量守恒的式子：

V1×1.84 g/cm3×98%=200 g×20%

解得V1=22.18 mL≈22.2 mL

需这种浓度的浓H2SO4的质量：m=ρV=1.84 g/cm3×22.18 mL=40.8 g，答案为A、C。

2.原子守恒法

原子守恒即反应前后各元素种类不变，各元素原子个数不变，其物质的量、质量也不变。原子守恒法是依据反应前后原子的种类及个数都不变的原理，进行推导或者计算的方法。用这种方法计算不需要化学方程式，只需要找到起始和终止反应时离子的对应关系，即可通过简单的守恒关系，计算出所需结果。

例3 在氧气中灼烧0.44 g由硫、铁组成的化合物，使其中的硫经过一系列变化最终全部转化为硫酸，用20 mL 0.5 mol/L的烧碱溶液恰好能完全中和这些硫酸。则原化合物中硫的质量分数约为（ ）。

A.36.4% B.46.2% C.53.1% D.22.8%

解析 利用原子守恒法解答，依题意分析，S元素经过一系列变化，最后变成了H2SO4，H2SO4再与NaOH发生中和反应，根据S、Na的原子守恒关系：

S——H2SO4——Na2SO4——2NaOH

得出：S——2NaOH

32 g2 mol

m（S）20×10-3 L×0.5 mol/L=0.01 mol

列比例式求得：m（S）=0.16 g

则原化合物中S的质量分数w=m（S）m（样品）×100%=0.16 g0.44 g×100%=36.4%

，答案为A。

例4 现有19.7 g由Fe、FeO、Al、Al2O3组成的混合物，将它完全溶解在540 mL

2.00 mol·L-1的H2SO4溶液中，收集到标准状况下的气体8.96 L。已知混合物中，Fe、FeO、Al、Al2O3的质量分数分别为0.284、0.183、0.274和0.259。欲使溶液中的金属阳离子完全转化为氢氧化物沉淀，至少应加入2.70 mol·L-1的NaOH（aq）体积是。

解析 当溶液中金属离子完全转化为氢氧化物沉淀时，溶液的溶质为Na2SO4。根据 Na 原子守恒和 SO2-4守恒得如下关系：

2NaOH ～ Na2SO4～ H2SO4

则：n（NaOH）=2n（H2SO4）

c（NaOH）·V[NaOH（aq）]

=2c（H2SO4）·V[H2SO4（aq）]

V[NaOH（aq）]可求。答案：800 mL

3.电荷守恒法

电荷守恒，即对任一电中性的体系，如化合物、混合物、浊液等，电荷的代数和为0，即正电荷总数和负电荷总数相等。电荷守恒法解题的依据：电解质溶液中，不论存在多少种离子，溶液都是呈电中性的，即阴离子所带的电荷数与阳离子所带的电荷数是相等的；电荷守恒法解题时的计算公式：∑mc（Rm+）=∑nc（Rn-），此公式中∑代表“和”的意思，c（Rm+）代表阳离子的浓度或物质的量或微粒个数，m代表代表阳离子所带电荷数，c（Rn-） 代表阴离子的浓度或物质的量或微粒个数，n代表代表阴离子所带电荷数。这种解题方法常用于溶液中离子浓度关系的推断，也可用此原理列等式进行有关反应中某些两的计算。

比如，利用电荷守恒法可巧解有关电解质溶液中离子浓度的计算题。

例5 由硫酸钾、硫酸铝和硫酸组成的混合溶液，其pH=1，c（Al3+）=0.4 mol/L，c（SO42-）=0.8 mol/L，则c（K+）为（ ）。

A. 0.15 mol/L B. 0.2 mol/LC. 0.3 mol/L D. 0.4 mol/L

解析 巧用電荷守恒式：三种物质组成的混合溶液中共存在5种离子，它们分别是：H+、Al3+、K+、SO2-4、OH -，电荷守恒式如下：c（K+）+c（H+）+3c（Al3+）=c（OH-）+2c（SO2-4），溶液的pH=1，可

知溶液中c（H+）=10-1 mol·L-1，由水的离子积Kw的计算公式Kw=c（H+）·c（OH-），在25℃（常温）时，Kw= 1.0×10-14 得知c（OH-） =10-13 mol·L-1，由于OH-的浓度极小，计算时可忽略不计，将c（H+）=10-1 mol·L-1，c（Al3+）=0.4 mol/L，c（SO42-）=0.8 mol·L-1代入电荷守恒式：c（K+）+c（H+）+3c（Al3+）=c（OH-）+2c（SO2-4）中，则不难得出 c（K+）为0.3 mol·L-1，即答案为C。

再如，利用电荷守恒法可巧解比较溶液中离子浓度大小的化学题。

例6 常温下，将甲酸（HCOOH）与NaOH溶液混合，所得溶液的pH=7，则此溶液中（ ）。

A. c（HCOO-）>c（Na+）

B. c（HCOO-）

C. c（HCOO-）=c（Na+）

D. 无法确定c（HCOO-）和c（Na+）的大小关系

解析 用电荷守恒法进行分析，混合后溶液中所存在的离子共有HCOO-、Na+、H+、OH- 四种，根据电荷守恒法可得出c（Na+）+c（H+）=c（HCOO-）+c（OH-） ， 由于溶液的pH=7，溶液呈中性，则有c（H+）=c（OH-），进而可推出

c（Na+）=c（HCOO-）。答案为C。

4.电子守恒法

电子守恒的关系原理为：氧化还原反应中氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数。电子守恒法通常用于求化合价、求物质的量、配平、求质量、电极反应等化学问题中，应用较为广泛。

比如，可以用于求物质的量。

例7 往100 mL溴化亚铁溶液中缓慢通入2.24 L（标准状况）氯气，反应完成后溶液中有13的溴离子被氧化成溴单质。求原溴化亚铁溶液的物质的量浓度。

解析 用电子守恒法进行分析，由提示知，还原性：Fe2+>Br-，Br-已部分被氧化，故Fe2+已全部被氧化。

设原FeBr2的物质的量浓度为x，根据电子守恒原则，得：

（x+2x×13 ）×0.1 L×1

=2×2.24 L22.4 L·mol-1

x=1.2 mol·L-1

综上所述，高中化学教师应当结合教学内容，引导学生灵活运用守恒法，并将其应用到化学题的解题实践中。这样不仅能够真正提高学生的学习效率，还能培养学生的灵活思维能力，培养学生的化学综合水平。