守恒法在高中化学解题中的有效运用

来源 :高中生学习·高三版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:NickFlanders
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  在高中化学解题中,守恒法可以让化学解题步骤变得更为简单。本文首先对守恒法在高中化学解题中的作用进行分析,以明确守恒法的重要性,然后结合相关例题,对三种常见守恒法在高中化学解题中的运用方法以及运用流程进行分析,希望能对高中生化学解题有所帮助。
  一、前言
  物质守恒定律普遍存在于自然界中,在化学领域,众多的反应方程同样包含了守恒定律。守恒法主要指的是在化学反应前后,元素的类别没有发生变化,物质的总质量为守恒状态,利用这一规律,可以对很多高中化学题予以解决。
  二、守恒法在高中化学解题中的作用
  在高中化学解题中,存在多种解题方法,守恒法可以让一些题型的解题步骤更为简单化。一般情况下,产生化学反应时,会有诸多因素发生变化,如果采用单一的传统解题方法,就需要关注众多化学反应细节变化,会在解题过程中花费很多时间,对解题效率造成不利影响。而利用守恒法,在解决一些题型时只需要找到题目中化学反应的内在联系,在保证解题准确性的前提下,更具解题效率。
  三、守恒法在高中化学解题中的运用
  (一)元素守恒法的运用
  1.相关理论
  在高中化学解题中,元素守恒法主要指的是在化学反应发生前和化学反应发生结束后的物质元素知识发生了形式变化,实际的种类没有发生也那个变化。在高中化学解题中,采用这种守恒法,可以分析出化学反应的元素反应对应关系,结合此守恒定律,可以计算出相应结果。
  2.例题分析
  现已知1mol/L的NaOH(氢氧化钠)溶液体积为1L,将0.8mol的CO2加入到此溶液中,那么,在溶液中Na2CO3(碳酸钠)和NaHCO3(碳酸氢钠)物质量比为?
  对此题进行分析,如果我们采用化学反应方程式对其结果予以计算,那么就会产生很多的步骤,相对繁琐。因此,我们可以选择元素守恒法,C原子和Na原子在化学反应当中是符合元素守恒定律的,所以,将Na2CO3设为x,将NaHCO3设为y,那么可以依照元素守恒原理推导出C原子的对应公式,即:x+y=0.8mol,Na原子对应公式为:2x+y=1mol。将其进行组合计算,可以得到x和y的相应数值,即0.2mol与0.6mol。因此,Na2CO3和NaHCO3物质量比0.2∶0.6,为1∶3。
  如另一道题,题目为:将9.8g铝与氧化钠混合物添入水中,假设完全反应,没有多余固体存在,那么将5mol/L盐酸加入进去,加入量为180mL,在反应之后,发现沉淀物小时,那么请计算原混合物中铝和氧化钠的质量。
  对此进行计算时,也可以采用元素守恒定律,对题目进行分析,可以发现在盐酸加入之后,溶液中的溶质是氧化铝与氧化钠,这将是解决本题的关键。现可以提出假设,即:铝物质量为xmol,过氧化钠物质量为ymol,那么依照相关定律可以列出公式,即:x×27g/mol+y×78g/mol=9.8g。依照元素守恒,可以列出相应的计算公式:AL——ALCI3,NA2O2——2NACI,3x+2y=0.18L×5mol/L,进而求出铝与氧化钠相应的质量。
  (二)质量守恒法的运用
  1.相关理论
  在高中化学解题中,质量守恒法主要指的是在化学反应中的各个物质质量总和与反应生成之后的物质质量和相同,其解题主要突破口为质量,借助质量相等,可以列出公式,进而对很多高中化学问题予以解答。
  2.例题分析
  臭氧层对于地球上的生命具有重要作用,和氧氣相比,臭氧的氧化性要更强一些,在实验室,利用高压放电管可以完成臭氧的制取工作:3O2[放电]2O3。如果在此反应过程中,转化成臭氧的氧气为总氧气的30%,那么混合气平均摩尔质量是多少?(保留小数点后一位数)
  对此题进行分析,结合质量守恒定律,可以明确无论是反应之前,还是反应结束之后,容器内气体质量都是相等的,也就是说,反应之前的氧气质量和反应之后的混合气体质量是相同的,可以提出假设,即:氧气物质量在反应之前是1mol,那么可以列出公式:
  3O2[放电]2O3
  3mol 2mol
  0.3mol 0.2mol
  那么,混合平均摩尔质量为32g/(1mol-0.3mol+0.2mol)mol=35.6g/mol。这种题型较为广泛,还可举例:
  现有一定质量、暴露在空气中的氢氧化钾固体,其中包含质量分数为2.8%的水,质量分数为7.2%的碳酸钾,称取此1g此样品,将其添加到3mol/L的50mL盐酸中,利用30.8mL浓度是1.07nol/L氢氧化钾溶液可以对多余盐酸予以中和,对中和后溶液进行加热、蒸干,最后固体质量为?
  对此题进行分析,可以得知最后得到氯化钾固体的氯元素主要来源于添加的盐酸,以氯元素为突破口,可以列出质量守恒定律,进而求出答案,即11.175g。
  (三)电子守恒法的运用
  1.相关理论
  电子守恒法主要指的是还原剂失去电子总数和氧化剂得到电子的总数是相等的,在氧化还原反应中,这种方法应用较为广泛。一般等式是:升价原子个数×价升高值×还原剂(n)=氧化剂(n)×价格降低×降价原子个数。
  2.例题分析
  现已知锌和稀硝酸的物质量比是2∶5,它们发生反应,如果硝酸(HNO3)被还原产物是N2O,而在反应过程结束之后,并没有剩余的锌元素存在,那么在反应过程中,没有被还原的硝酸物质量和被还原的硝酸物质量比为( )。
  A.4∶1 B.5∶1 C.3∶2 D.5∶2
  对此题进行分析,可以提出假设,即:参与反应的Zn有2mol,那么生成Zn(NO3)的量为2mol。也就是说,含有4molNO3-,依照电子守恒定律,可以进行推算,即:2×n(Zn)=n(HNO3)×4,进而求出n(HNO3)的数值为1mol,也就是说,被还原的HNO3有1mol。因此,答案应该选择A。
  四、結论
  综上所述,利用元素守恒法、质量守恒法和电子守恒法,可以让一些化学题型在解题过程中变得更为简单,对此,我们需要树立守恒思维,时刻保有守恒定律的应用意识,进而使得化学解题更为高效,这样有利于提高化学成绩,并对日后的化学学习打好基础。
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