守恒观在高中化学计算教学中的建模初探

摘

要：积极培养学生的守恒意识，构建守恒观，运用守恒法，快速、准确地帮助学生解决化学问题，提升化学学科素养，提高化学问题的解题能力。化学学科中的守恒主要包括质量守恒、物料守恒、得失电子守恒和电荷守恒。关键词：化学教学

守恒观

方法和技巧

建模发展心理学认为，守恒是指物体的形式并未改变，但途径具有同一性、补偿性和可逆性。高中化学计算教学，知识难度较大，学生往往难于掌握。守恒观的构建和应用，能很好地帮助学生开启思维，快速找寻知识突破点，实现有效教学并提高学习效率。一、课堂教学中守恒意识的培养高中学生在学习化学计算知识时常感到难度大，思维打不开，容易产生畏难情绪。教师在化学计算教学过程中应有意识地培养学生守恒意识，训练守恒思维，在许多计算试题中，若能巧妙运用守恒法，常可达到事半功倍的效果。长期坚持使用守恒法解题，有助于形成高效思想，提高学习效率。比如，质量守恒意识的培养。质量守恒定律是指化学反应前后各物质的质量总和相等。其本质是：化学反应前后，各元素原子的种类和数目没有改变。质量守恒是初三化学的重点，高中阶段一般要求学生能快速灵活运用。质量守恒运用于化学计算时，题意往往不是单一的化学反应，因此，解题时应从思维上跳出题目，宏观把握题意，再结合守恒思想以达成解决问题的目的。例1：有一块铝铁合金溶于足量盐酸中，再用过量的NaOH溶液处理，将产生的沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧后，剩余固体粉末的质量与原合金质量恰好相等，则合金中铝的质量分数是多少？分析：铝铁合金溶于足量盐酸时，两种金属全部可溶解，溶解后分别生成Al和Fe，再用过量的NaOH溶液处理，则有Al全部转化为[Al（OH）]，Fe全部转化为Fe（OH）白色沉淀，经过滤、洗涤、干燥、灼烧等过程，Fe（OH）白色沉淀迅速变为红褐色的Fe（OH）沉淀，而后灼烧分解得到FeO固体粉末。相关方程式为Al+4OH=[Al（OH）]，Fe+2OH=Fe（OH）↓，4Fe（OH）+O+2HO=4Fe（OH），2Fe（OH）=FeO+3HO（加热）。因剩余固体粉末的质量与原合金质量恰好相等，且合金中的Fe元素全部转至剩余固体粉末（FeO），所以合金中铝的质量即与固体粉末中氧元素的质量相等，即铝的质量分数等于固体粉末中氧元素的质量分数。则有3×16/（2×56+3×16）=0.3，答案：30%。例2：将20.6g由Fe、Al、Cu组成的合金溶于足量的NaOH溶液中，合金质量减少了5.4g。另取等质量的合金溶于过量稀硝酸中，生成了8.96LNO（标准状况），向反应后的溶液中加入适量NaOH溶液，使Fe、Al、Cu恰好完全转化为沉淀，则沉淀的质量为（

）A.29.8g

B.35.2g

C.41.0g

D.47.2g分析：本题是金属元素与酸或碱反应的性质的应用。可有多种解法。用电量守恒法，快速简便。依题意知，三种金属与稀硝酸反应时，硝酸过量，则三种金属失去的电子数之和与硝酸被还原成NO时所获得的电子总数相等，另，金属失电子后转变成金属阳离子，每失1mol电子，在金属阳离子转化成沉淀时要结合1mol的OH，因此，由原先合金最终转化为沉淀固体所增加的质量即为增加的OH质量，而增加的OH物质的量又等于转移的电子总数，即n（OH）=n（电子）=8.96L/22.4L·mol×3=1.2mol，最后沉淀的质量为1.2mol×17g/mol+20.6g=41.0g，答案：C。二、问题解决中守恒方法的应用守恒法是中学化学计算中的一种很重要的方法和技巧，其主要特点是抓住有关变化的始态和终态，利用某种不变量建立关系式，从而达到简化思路，快速解题。应用化学守恒方法解决相关问题，主要依据是化学反应的实质是原子间的重新组合，所以一切化学反应都存在着物料守恒和质量守恒，氧化-还原反应中还存在电子得失守恒与电量守恒，化合物及电解质溶液中因为阴阳离子电荷数守恒，所以呈电中性。若在化学计算中能够巧妙地运用守恒的思想，常常能够避繁就简，达到事半功倍的效果。在具体解题中，可应用单一守恒原理，也可综合运用多种守恒。例4：镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁。将燃烧后的产物溶解在60mL2.0mol/L的盐酸中，再用20mL0.5mol/LNaOH溶液恰好中和多余的盐酸，最后在此溶液中加入过量的碱，把氨全部蒸出來，用稀盐酸吸收，稀盐酸增重0.17g。求镁带的质量为多少。分析：此题可单一应用电荷守恒，即根据电解质溶液中，阴阳离子所带电荷数相等，整个体系仍呈电中性。依题意，知2n（Mg）+n（NH）+n（Na）=n（Cl），代入数据：2n（Mg）+0.17/17+0.5×0.02=2.0×0.06，解得：n（Mg）=0.05mol，m（Mg）=1.2g。依题意知，本题至少有六个反应，按常规解法非常复杂，计算容易出错。若根据质量守恒思想，忽略各反应的过程，抓住反应结果，即可知反应后的溶液只是NaSO溶液，再根据电荷守恒，溶液中Na所带正电荷数等于SO所带负电荷数，再结合物料守恒，Na的物质的量等于NaOH的物质的量，SO的物质的量等于HSO的物质的量。则有，C（HSO）×0.5L×2=2mol/L×0.5L，所以C（HSO）=1mol/L。总之，守恒观的构建，是教学