淺談初中化學中幾種常見守恒及其運用

馬文良

（河北省保定市徐水區戶木中學，河北 保定 072557）

在中學化學計算中，常見的守恒包括電荷守恒、物料守恒、得失電子守恒、元素守恒等。在守恒法解題的過程中，我們必須明確各類守恒法的特點，選取針對性的解題策略。在本文中，我們將從中學化學守恒法教學實踐角度出發，結合各類守恒實例，對其在化學計算中的運用展開討論。

一、常見守恒類型

（一）質量守恒

質量守恒是化學計算中使用最廣泛，作用最顯著的守恒計算類型之一。同時，質量守恒定律是一切化學實驗所遵循的守恒原則之一，其實質是參與反應的各物質的質量和等于反應生成的各物質的質量和。從宏觀角度來說，質量守恒即是化學反應前后總物質的質量不變；從微觀上，質量守恒的本質是原子守恒，即是反應前后原子數目不發生變化。

（二）電子守恒

電子守恒常用于電化學章節的計算題中，是氧化還原反應方程式書寫的重要依據。電子守恒的本質即是化學反應前后，物質失去的電子總數與得到的電子總數相等。尤其是在氧化還原反應的計算中，還原劑失電子化合價升高被氧化，氧化劑得電子化合價降低被還原，這套口訣的根本依據還是電子守恒原理。在原電池、電解池中，電流從正極流向負極，電子移動正好與其相反，電極兩端的得失電子守恒。

（三）電荷守恒

電荷守恒常用于離子方程式的書寫，是電解質溶液電離平衡方程判定的重要依據。首先，在電解質溶液中，其呈現電中性，即是陰陽離子所帶正負電荷守恒，正電荷總數等于負電荷總數。其次，在離子方程式中，反應物與生成物所帶的正負電荷守恒，正電電荷量等于負電電荷量。在涉及到溶液，特別是混合溶液的化學計算題時，電荷守恒往往是我們的首選。

二、守恒法計算運用實例

（一）質量守恒

例1：Cu和Mg的合金共4.6克完全溶于濃硝酸，若反應過程中硝酸被還原只產生4480ml的NO2氣體和336ml的N2O4氣體（均在標況下得到的氣體體積）。此時，在反應后的溶液中，若是加入足量的NaOH溶液，則生成的沉淀質量為多少？

分析：在涉及到質量有關的問題時，尤其是在混合金屬反應類型的質量計算上，我們通常會選用質量守恒原則求解。對于本題，我們欲求出生成沉淀的質量，只需要分析沉淀類型即可。首先，由于金屬Cu和Mg都是正二價，每摩爾的金屬還原可以生成2摩爾的NO2。然后，NO2與N2O4都可以視為NO2來進行守恒計算，最終可以算出等效的NO2的物質的量為（4480+336×2）/22400=0.115mol。要想求出沉淀的質量，我們可以從沉淀的成分入手，即是氫氧化銅與氫氧化鎂。由于參與反應的NaOH溶液足量，利用質量守恒原理，即可得到沉淀質量為金屬質量加上OH-的質量和。而OH-的物質的量可以從等效出的NO2的物質的量求出。最終的總沉淀質量即是4.6+0.115×2×17g=8.51g。

（二）電子守恒

例2：將一濃度為0.4mol/L的CuSO4溶液與濃度為0.2mol/L的KCl的混合溶液1L，并使用碳棒作為電極點解一段時間。在其中一個電極上析出0.3mol的Cu，則試問：在另一電極上收集得到的氣體在標況下的體積是多少？

分析：本題屬于電化學章節的考題，需要學生們對點解過程中的氧化還原反應做到透徹理解。同時，學生們對電解池陰陽極的電子轉移以及平衡移動有著透徹理解。首先，根據電解池原理，分析陰陽極電化學反應，明確對應的電子方程式。在陰極，Cu2+得電子被還原成Cu單質，反應方程式為Cu2++2e-=Cu；在陽極，Cl-失電子被氧化成氯氣，反應方程式為2Cl--2e-=Cl2。若是我們假設生成的氣體全是氯氣，則0.2mol氯離子共失去0.2mol電子，對應的銅離子可以得到0.2mol電子。由題意可知，陰極上析出的銅單質為0.3mol，從得失電子守恒原理可知，氯離子失去的電子難以滿足要求。此時，溶液中的OH-開始失去電子，其反應方程式為4OH--4e-=2H2O+O2。對應的，我們可知溶液中的OH-應該失去0.4mol的電子才能滿足電子守恒要求。由其反應方程式可知，生成O20.1mol。綜上可知，該點解反應生成的氣體有氯氣和氧氣，它們的物質的量之和為0.2mol，對應在標況下的氣體體積應該為0.2×22.4L=4.48L。

（三）電荷守恒

例3：硫酸鎂、硫酸鋁兩種物質組成的混合溶液100ml中，SO42-的物質的量濃度為0.2mol/L，向其中加入物質的量濃度為0.5mol/L的NaOH溶液，直到生成的白色沉淀不再溶解為止，整個過程消耗的NaOH的體積為100ml。若忽視溶液體積變化，試求在所得濾液中AlO2-的物質的量濃度為多少？

分析：對于本題，涉及眾多類型的化學物質，發生的化學反應自然也是多式多樣。若是我們一個個羅列出化學反應方程式，再對其電子移動與電荷守恒進行分析，必然會耽誤大量的時間精力。向混合溶液中注入NaOH溶液時，當生成的白色沉淀不再溶解時，溶液中主要的物質是硫酸鈉與偏鋁酸鈉。對此，我們不妨利用電荷守恒和物料守恒，直接研究電荷變化。于是，我們從硫酸根的物質的量入手，結合氫氧化鈉溶液的含量，推斷出偏鋁酸根的物質的量，進而得到它的物質的量濃度。

總之，守恒法中學化學計算的重要思想方法之一，對化學解題有著明顯的簡化作用。通過守恒法的教學，有效的幫助學生們掌握了科學化學計算原則，提高了學生的解題效率。