基于守恒观的初中化学教学技巧探析

丁美玲

摘  要：在自然界的变化过程中，物质既不会被毁灭，也不会被创造，这是物质守恒思想的基本观点。在初中化学教学中，质量守恒定律是非常重要的内容。教师应以守恒观为主题思想，将其贯穿于整个中学的化学教学过程，让学生从不同的角度深刻理解守恒观，从而掌握通过守恒思想快速解题的方法和技巧。

关键词：守恒观;化学教学;解题技巧

一、化学学科守恒观是中国古代守恒观的继承与发展

守恒观是我国古代先贤在对自然的观察与思考的基础上提出的。《墨经》说：“可无也，有之而不可去，说在尝然。”《管子》一书里也说道：“天地莫之能损也。”晋代的《列子》更进一步表明“物损于彼者盈于此”“成于此者亏于彼”，这个观点已经非常接近化学变化中物质的质量守恒定律了。明末清初的思想家王夫之在《张子正蒙注·太和篇》中，全面论述了物质守恒的思想，又举例加以解释、说明：

第一，“车薪之火，一烈已尽，而为焰，为烟，为烬;木者仍归木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见耳”，这是燃烧现象。

第二，“甄之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归;若盒盖严密，则郁而不散”，这是水受热变为蒸气的现象。

第三，“汞见火则飞，不知何往，而究归于地”，这是水银受热变为水银蒸气的现象;“汞受火煎，无以复之，则散而无有;盖覆其上，遂成朱粉”，这是水银蒸气与氧气反应的现象。

第四，“油薪燕于空旷，烟散而无纤埃;密室闭窒，乃有煤墨”，这是松油的燃烧现象。

在上述例子中，既有化学变化，也有物理变化。这说明我国当时的物质守恒思想已达到与近代科学认识相同的水平，比西方国家早了100多年。在教学过程中，教师适当讲述中国古代物质守恒思想的发展过程，能够培养学生的民族自豪感，同时让学生认识到化学科学研究中观察方法的重要性。随着近代科学的发展，物质守恒思想进一步得到发展和演化，如元素守恒、质量守恒、电荷守恒、电子守恒、物料守恒和能量守恒等相继被提出。

原子是化学变化中的最小粒子。化学反应的实质是反应物的分子分裂为原子，原子再重新组合，转变成生成物的分子及生成物的过程。在化学反应的前后，原子的种类没有改变、数量没有增减、相对质量也没有改变，这是物质不灭、物质守恒的根本原因。因此在化学变化中，如果原子的类别及数量守恒，则元素的种类、质量守恒。

元素守恒是指化学反应前后的元素种类不变，且同种元素在反应前后的质量不变。即反应前的物质中有哪些元素，反应后的物质中也含有同样的元素，而不会出现新的元素种类;反应前、后，同种元素的质量不变。如果该元素在反应后分散到几种物质中，则这几种物质中该元素的质量之和也与反应前该元素的质量相同。同理，如果该元素存在于反应前的多种物质中，则该元素在反应前的質量之和也与反应后该元素的质量之和守恒。

质量守恒在化学的变化中是指，参加反应的各物质的质量之和与反应后生成的各物质的质量之和守恒。当然，反应前所有物质的总质量（含未参加反应的反应物、杂质、所有参加反应的反应物等）与反应后所有物质的总质量（含剩余的反应物，以及产生的沉淀、气体、杂质等）也守恒。此外，在稀释或浓缩（如蒸发溶剂类）前后，溶质的质量守恒：在溶液（一般以水为溶剂）稀释中，由于加入了水，导致溶剂、溶液的质量变大，但溶质的质量是不变的。同理，溶液的浓缩是由于水量的减少导致溶剂质、溶液质量变小，但溶质的质量在浓缩前后不变。如果是几种溶液混合，则混合前各溶液中的溶质质量之和与混合后所得溶液中溶质的质量守恒，而不会出现溶质质量随意增加或丢失的情况。

电荷守恒是指溶液中所有阳离子所带的正电荷总数与所有阴离子所带的负电荷总数相等，这是由溶液的电中性决定的。

电子守恒是指在氧化还原反应中，氧化剂得电子的总数等于还原剂失电子的总数。电子既不会无缘无故地产生，也不会无缘无故地消失，只会在不同的物质之间发生转移，因此电子是守恒的。

物料守恒是物质守恒定律在溶液中的体现，是指溶液中某一组的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。例如，在某溶液中，某些离子能够水解，离子的种类可能增多，但某些主要原子的总数总是守恒的。

能量储存于物质中。在化学变化中，新的物质产生，旧的物质消失，同时伴随发光、放热等。化学变化过程中伴随的能量变化与维持反应，所吸收或放出的能量总是相等的，这就是化学变化中的能量守恒。

初中化学的质量守恒定律在知识层面，属于教学中的重点和难点内容，有不同的表达形式，在各类解题中频繁出现。教师在教学过程中，要抓住物质守恒的这条主线，在不同的知识单元中进行不同的演化，帮助学生从多角度充分地理解与掌握守恒观，以达到快速掌握知识的目的。

二、基于守恒观的初中化学教学技巧

学科核心素养是学生适应社会发展和终身成长所必备的关键品格和能力。在初中化学的教学实践中，培养和锻炼学生的五大核心素养，能够提升课堂教学效果。其中核心素养之一是树立变化的观念与平衡的思想。而平衡思想中的守恒观，又是解决初中化学问题一种极其重要的方法和技巧，不仅适用于化学变化中的质量守恒，还适用于其他变化，如溶液的稀释（或浓缩）、溶液中的电荷守恒等。

在化学教学中，教师应指导学生运用守恒观透过现象看本质，抓住有关化学变化的始态与终态，利用其中的某种不变量建立等量关系，可以化繁为简、快速解题，同时能更好地培养学生的量化思维能力。为更好地利用守恒观快速地找出题目中隐藏的等量关系，则要求教师结合多种题型，将守恒的变化形式一一导出。浅谈几种运用守恒法解题的基本类型及技巧：

（一）定性判断物质的元素组成和化学式

例1：某有机化合物完全燃烧，消耗氧气9.6g，生成二氧化碳8.8g和水5.4g，该物质中含有__________元素。

分析：根据质量守恒定律，参加化学反应的反应物中的元素种类和生成物的元素种类相同，可知该物质中一定含有碳、氢元素。至于是否含有氧元素，则通过计算判断：8.8g二氧化碳中的含氧量是6.4g，5.4g水中的含氧量是4.8g，二者之和为11.2g，大于参加反应的氧气质量9.6g，由反应前后氧元素的质量守恒可知，该物质中必然含有氧元素。此题的正确答案为：碳、氢、氧。

例2：在反应4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+X+3H2O中，X的化学式为（  ）。

A. NH3    B. NH4NO3    C. NO    D. NO2

分析：根据质量守恒定律和化学方程式的定义可知，X的化学式中应含Zn原子的个数为：4-4=0，应含有H原子的个数为：10-2×3=4，应含有N原子的个数为：10-4×2=2，应含有O原子的个数为：10×3-2×3×4-3=3。故X的化学式为：N2H4O3，即NH4NO3，答案选B。此题就是利用了化学反应前后同种元素的原子个数守恒，从而判断出物质的化学式，也是质量守恒定律的常考题型。

（二）定量计算中的质量守恒

1. 化学反应中的元素守恒和物质守恒

例3：将37.2g某种天然气水合物CH4·xH2O与一定量的氧气在密闭容器中用电火花引燃，反应后的二氧化碳、一氧化碳和水蒸气的混合气体总质量为53.2g，冷却至室温，剩余气体的质量为10.0g。下列说法中，正确的是（  ）。

A. x=8。

B. 上述反应消耗氧气的质量为26.0g。

C. 该天然气水合物中，碳、氢元素的原子个数比为1∶18。

D. 要使上述37.2g天然气的水合物充分燃烧，至少需要19.2g氧气。

分析：此题就是充分运用了质量守恒解决问题。根据质量守恒定律可知，参加反应的天然气水合物和氧气的质量之和等于生成物的质量之和，故参加反应的氧气质量为53.2g-37.2g=16.0g，则B项错误，这是从物质质量守恒的角度解题。要解决A项和C项，则需要挖掘其中的等量关系，即氢元素的质量在反应前后不变：根据37.2g天然气水合物中氢元素的质量与生成水（53.2g-10.0g =43.2g）中的氫元素质量相等，列方程即可解得x值为6，同时天然气水合物中碳氢原子的个数之比为1∶16，故A项和C项均错误，由此可知正确答案为D。这是从反应前后元素质量守恒的角度解题。本题是将元素的质量守恒和物质的质量守恒进行综合运用的典型。

2. 用元素守恒代替化学方程式的计算，来简化解题过程

例4：工业上，常用一氧化碳还原铁矿石中的氧化铁。如果要生产含杂质4%的生铁5.6t，则需要含氧化铁80%的赤铁矿石多少t？

分析：此题可以根据化学方程式中的氧化铁和铁的质量关系进行求解，也可以根据反应前后铁元素质量守恒，即5.6t生铁中的含铁量与赤铁矿中的含铁量相等，列方程求解。相比传统的根据化学方程式进行计算的烦琐过程，以元素守恒直接列一个方程式的解题方法更直观、易懂，也有助于学生在大脑中建立起量化的思维模式，培养学生的快速解决问题能力。

3. 溶液（以水为溶剂）中稀释（或蒸发溶剂浓缩）前后的溶质质量守恒

例5：某化学兴趣小组欲配制49g，20%的稀硫酸进行实验，实验室为他们提供了98%的浓硫酸。通过计算，他们需要的98%的浓硫酸的质量是多少g？

分析：此题属于溶液的稀释问题，并没有发生化学反应。但仍可以根据稀释前后，只是溶剂和溶液的量在发生变化，而溶质的质量保持不变来列方程，由49g×20%=x98%，即可求出浓硫酸的质量x值。通过蒸发溶剂浓缩溶液也可以用同样的方法解决。由此可见，守恒观不仅适用于化学反应中的等量关系，还适用于有关溶液稀释或浓缩问题的计算。

4. 根据物质的质量守恒，用差量法解题（这里的“差量”指质量之差）

（1）非溶液中的反应

例6：反应前后的固体差量是产生气体的质量或某元素的质量。例如，某小组利用高锰酸钾160g制取氧气，一段时间后，发现试管中剩余的固体共150.4g，请问生成的氧气质量是多少？参加反应的高锰酸钾质量是多少？

分析：根据质量守恒定律，参加反应的高锰酸钾质量等于剩余固体和氧气的质量之和，即可求出氧气的质量为160g-150.4g=9.6g。再由氧气的质量结合化学方程式，可以计算出参加反应的高锰酸钾的质量。

在实验探究题中，常涉及反应前后固体的差量是某元素的质量，如一氧化碳还原氧化铜或氧化铁的实验中，反应前后固体的差量，即为氧化铜或氧化铁中氧元素的质量，进而根据化学方程式再计算其他量。

（2）溶液中的反应

例7：某溶液中，有Mg2+、SO42-、Cl-、Na+几种离子，Na+、 Mg2+、SO42-的比例为4∶5∶8，如果Na+的个数是4n个，那么Cl-的个数可能是（）。

A. 5n    B. 2n    C. 6n    D.8n

分析：溶液整体为电中性，因此阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数，根据电荷守恒列出等式，就可得出结果。答案选B。

5. 粒子守恒（实质仍是元素的质量守恒）

在一系列反应过程中追踪某种粒子的去向，根据粒子个数不变（即守恒）建立联系。

例8：有一变质KOH样品，含H2O 7.62%、K2CO3 2.38%、KOH 90%。取w克该样品，加入98g、质量分数为20%的稀硫酸中，完全反应后，所得溶液蒸干后，可得固体多少g？

分析：由题意可知，反应后所得的溶液中，溶质只有K2SO4，蒸干后所得的固体即为K2SO4。无论K2SO4来自哪个反应，都一定要消耗H2SO4，且稀硫酸中的SO42-全部变成K2SO4。根据SO42-质量守恒建立等量关系，即硫酸中SO42-的质量与K2SO4中SO42-的质量相等，答案即解。

三、结语

守恒思想在化学解题中起到了重要的作用，是化学学科中的重要思想，也是化学解题中的常用方法和技巧。守恒观在初中化学中的应用过程是培养学生量化思维能力的过程。

学生在利用守恒观解题时，应明确每一种守恒法的特点，分析并找出题目中隐含的某种等量关系，以巧妙解题。教师在教学的过程中，应教会学生从不同的角度剖析不变量，让学生在学习中充分理解“守恒”的含义，从而达到事半功倍的教学效果。

参考文献：

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[2]王祖陶. 中国古代关于物质和运动守恒科学思想的发展[J]. 自然科学史研究，1982（02）：97-103.

[3]中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2012：4.

（责任编辑：郑  畅）