守恒——化學計算解題的重要思維方法

摘要：通過具體的教學實踐，探討如何在教學中培養學生的守恒思維和解題能力。認為利用守恒思維方法解題可以達到化繁為簡、化難為易、加快解題速度、提高解題能力的目標，進而幫助學生走出思維困境，提升化學計算能力。

關鍵詞：守恒法；思維方法；化學計算

文章編號：1005–6629（2014）9–0080–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

高考化學計算重在對化學解題思維方法的考查，常見的化學解題方法有平均法、差值法、極端法、守恒法、關系式法等，其中最常見、最重要的當推守恒思維法。那么，如何在教學中培養學生的計算能力，特別是培養熟練使用守恒思維法的計算能力呢？筆者在多年的教學中通過思考、實踐、感悟，形成了“重過程、巧守恒”的教學策略，運用以來學生興趣濃厚、效果理想。本文結合具體案例和同行們探討如下。

1 案例分析

1.1 考題呈現

部分氧化的Fe-Cu合金樣品（氧化產物為Fe2O3、CuO）共5.76g，經如下處理：

1.3 分析座談

本題正確選項應為B、D。根據統計分析，筆者認為大多數學生對本題涉及的過程分析不到位，原子守恒、電子得失守恒方法使用不熟練，致使錯誤率高。批改并統計分析后，筆者及時與不同層次的學生進行了座談。優秀生甲說：A、B、C項我能正確理解，但判斷D選項感到無從下手，我想到用守恒思路卻較難建立守恒方程；中等生乙說：該題過程復雜，經過和同桌的反復探討，才知A、C項錯誤，B項正確，可對D項卻是一頭霧水、無從下手，希望老師下節課給我們詳細分析；學習有困難的學生丙說：老師，我對該題很為難，當時做題時我是參考前面優秀生丁的，只選了答案B，其實我并不知道為什么選B，其他的三個選項也不清楚對錯，老師請你下節課慢一點講解，能使我們不斷提高。

對于統計結果及學生的困惑和期待，筆者倍感責任重大，通過與備課組老師交流、商討，就該題進行第二次備課，形成了“重過程、巧守恒”的講評思路。

1.4 實踐片段

1.4.1 關注過程、活化基礎

在學情調查研究的基礎上，課前要求學生相互討論認真分析，并以簡明的圖示表達相應的過程。下圖是生1與同學相互討論思考后，在黑板上畫出的過程分析示意圖。

生3：可推知濾渣中必有Cu，又因加入的稀H2SO4是過量的，濾渣中一定不含Fe，所以濾渣應全為Cu，進一步可求得其物質的量n（Cu）=3.2g/64（g/mol）=0.05 mol。因濾渣為Cu，可推得濾液A不可能有Fe3+，所以濾液A的陽離子為Fe2+和過量的H+。由此可知選項A是錯誤的。

（3）濾液A中加入足量NaOH溶液，有什么現象產生？可能發生的反應有哪些？用離子或化學方程式表示。

生4：先產生白色沉淀，然后很快轉化為灰綠色，最后變為紅褐色。發生的反應有：H++OH-=H2O，Fe2++ 2OH-=Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。

通過學生課前思考、課堂圖示、教師設問、學生討論交流等環節，學生不僅能認清該題的變化過程，還能進一步鞏固、活化基礎知識。

1.4.2 巧用守恒、優化思維

基于題目過程的認識與理解，對于選項B、C的解決，方可引導學生從元素守恒的角度去把握。

生5：因m（Fe2O3）=3.2g，求得n（Fe2O3）=3.2g/160（g/mol）=0.02 mol，根據Fe元素守恒，可得樣品中Fe元素的物質的量為n（Fe）=2×0.02 mol=0.04 mol，所以樣品中Fe元素的質量為m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，得知B項正確。

生6：因濾渣Cu的質量為3.2g，算得n（Cu）=3.2g/ 64（g/mol）=0.05 mol，根據Cu元素守恒，得樣品中n（Cu）+n（CuO）=0.05 mol，所以樣品中n（CuO）<0.05 mol，即m（CuO）<0.05 mol×80 g/mol，所以m（CuO）<4.0g，得知C項錯誤。

對于D項學生最感因難，充分引導學生緊扣守恒法，可從元素守恒、電子守恒的角度去思考解決，在課堂上先讓學生運用守恒的思路相互討論，再請學生交流匯報，根據學生匯報情況優化整合，主要有以下三種守恒方法。

方法一：真實過程電子得失守恒法

從樣品中加入足量的稀H2SO4這一過程知，Fe→Fe2+失去電子的物質的量與Fe2O3→Fe2+、CuO→Cu、H+→H2共得到電子的物質的量相等，寫為數學表達式為：n（Fe）×2=n（Fe2O3）×2+n（CuO）×2+n（H2）×2——①，再由Fe、Cu、O元素守恒列出下列方程：

n（Fe）+2n（Fe2O3）=0.04 mol——②（Fe元素守恒）

n（Cu）+n（CuO）=0.05 mol——③（Cu元素守恒）

3n（Fe2O3）+n（CuO）=0.02 mol——④（O元素守恒）

其中樣品中O元素的物質的量n（O）=（5.76g-3.2g-0.04 mol×56 g/mol）/16（g/mol）=0.02 mol。

觀察四個方程式，將②-④得n（Fe）-n（Fe2O3）-n（CuO）=0.02，由①可得：

n（H2）=n（Fe）-n（Fe2O3）-n（CuO），所以n（H2）=0.02 mol，即標準狀況下V（H2）=448 mL。

方法二：虛擬過程電子得失守恒法

方法一中元素守恒方程、電子得失守恒方程的建立仍較復雜，可創設如下虛擬過程：

樣品到狀態Ⅰ已在關注過程的環節中分析清楚，并定量得出樣品中Fe元素、Cu元素、O元素的物質的量分別為：n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol，n（O）=0.02 mol。

在這一基礎上，學生想象創設一虛擬狀態，該虛擬狀態為：可設想樣品沒有部分氧化，即樣品的成分就是Fe和Cu的混合物。并結合元素守恒可知虛擬狀態中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虛擬狀態到樣品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化為Fe2O3、CuO。

有了虛擬狀態的建立，學生能算出虛擬狀態中Fe和Cu的質量分別為：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根據質量守恒定律知：從虛擬狀態到樣品的過程中參加反應的O2質量為：m（O2）=m（樣品）-m（虛擬狀態中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的樣品中O原子的物質的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虛擬狀態直接變化到狀態Ⅰ，在這一變化過程中，可歸納得出：Fe→Fe2+失去電子的物質的量與O2→H2O、H+→H2共得到電子的物質的量應守恒，學生就能列出守恒方程為：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入數據就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），從而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追蹤過程元素守恒法

以上兩種電子得失守恒法理解后，為促使學生進一步深入思考，教師又追問是不是還有更好的守恒法求解呢？部分優秀學生能緊扣樣品與稀H2SO4這一反應，追蹤參加反應的稀H2SO4溶液中H+的去向，探討發現：一部分H+反應后生成了H2，還有一部分H+反應后生成了H2O?？蓤D示如下：

很快，學生依據氫元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反應的H2SO4的物質的量依據S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物質的量依據O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 實踐感悟

通過對該校本作業題的課堂評講，學生收獲的不僅是該題的解答，更多折射出的是解決一類問題的思維方法：對常見計算題的掌握，一要分析清楚題中涉及反應的過程——重過程，二要巧妙使用常見的元素守恒、電子得失守恒等守恒思維——巧守恒。在這樣的講評過程中既培養了學生的解題思維方式，又使學生懂得了舉一反三、觸類旁通的道理，潛移默化地幫助學生形成解題必需的思維能力，還能讓學生體驗到成功的樂趣，學會思考、學會遷移，提高習題講評課的效率。

守恒法是一種重要的化學解題思維方法，其實質就是抓住物質變化過程中某一個特定恒量進行分析，不糾纏某些細枝末節，而是認清相應的過程，把握大局，再考慮反應體系中某些組分相互作用前后某種物理量或化學量的始態和終態。利用守恒思維方法解題可以達到化繁為簡，化難為易，加快解題速度，提高解題能力的目標，進而幫助學生走出思維困境，提升化學素養。

參考文獻：

[1]諸全頭.化學復習中易忽視的薄弱環節——計算[J].化學教學，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

在這一基礎上，學生想象創設一虛擬狀態，該虛擬狀態為：可設想樣品沒有部分氧化，即樣品的成分就是Fe和Cu的混合物。并結合元素守恒可知虛擬狀態中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虛擬狀態到樣品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化為Fe2O3、CuO。

有了虛擬狀態的建立，學生能算出虛擬狀態中Fe和Cu的質量分別為：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根據質量守恒定律知：從虛擬狀態到樣品的過程中參加反應的O2質量為：m（O2）=m（樣品）-m（虛擬狀態中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的樣品中O原子的物質的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虛擬狀態直接變化到狀態Ⅰ，在這一變化過程中，可歸納得出：Fe→Fe2+失去電子的物質的量與O2→H2O、H+→H2共得到電子的物質的量應守恒，學生就能列出守恒方程為：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入數據就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），從而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追蹤過程元素守恒法

以上兩種電子得失守恒法理解后，為促使學生進一步深入思考，教師又追問是不是還有更好的守恒法求解呢？部分優秀學生能緊扣樣品與稀H2SO4這一反應，追蹤參加反應的稀H2SO4溶液中H+的去向，探討發現：一部分H+反應后生成了H2，還有一部分H+反應后生成了H2O?？蓤D示如下：

很快，學生依據氫元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反應的H2SO4的物質的量依據S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物質的量依據O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 實踐感悟

通過對該校本作業題的課堂評講，學生收獲的不僅是該題的解答，更多折射出的是解決一類問題的思維方法：對常見計算題的掌握，一要分析清楚題中涉及反應的過程——重過程，二要巧妙使用常見的元素守恒、電子得失守恒等守恒思維——巧守恒。在這樣的講評過程中既培養了學生的解題思維方式，又使學生懂得了舉一反三、觸類旁通的道理，潛移默化地幫助學生形成解題必需的思維能力，還能讓學生體驗到成功的樂趣，學會思考、學會遷移，提高習題講評課的效率。

守恒法是一種重要的化學解題思維方法，其實質就是抓住物質變化過程中某一個特定恒量進行分析，不糾纏某些細枝末節，而是認清相應的過程，把握大局，再考慮反應體系中某些組分相互作用前后某種物理量或化學量的始態和終態。利用守恒思維方法解題可以達到化繁為簡，化難為易，加快解題速度，提高解題能力的目標，進而幫助學生走出思維困境，提升化學素養。

參考文獻：

[1]諸全頭.化學復習中易忽視的薄弱環節——計算[J].化學教學，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

在這一基礎上，學生想象創設一虛擬狀態，該虛擬狀態為：可設想樣品沒有部分氧化，即樣品的成分就是Fe和Cu的混合物。并結合元素守恒可知虛擬狀態中n（Fe）=0.04 mol，n（Cu）=0.05 mol。虛擬狀態到樣品可看作是部分Fe、Cu被O2氧化為Fe2O3、CuO。

有了虛擬狀態的建立，學生能算出虛擬狀態中Fe和Cu的質量分別為：m（Fe）=0.04 mol×56 g/mol=2.24g，m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.20g。再根據質量守恒定律知：從虛擬狀態到樣品的過程中參加反應的O2質量為：m（O2）=m（樣品）-m（虛擬狀態中Fe和Cu）=5.76g-2.24g-3.20g=0.32g，所以得n（O2）=0.01 mol。也可直接由方法一中得出的樣品中O原子的物質的量n（O）=0.02 mol，由氧原子守恒直接得出n（O2）=0.01 mol。

最后，可分析由虛擬狀態直接變化到狀態Ⅰ，在這一變化過程中，可歸納得出：Fe→Fe2+失去電子的物質的量與O2→H2O、H+→H2共得到電子的物質的量應守恒，學生就能列出守恒方程為：2n（Fe）=4n（O2）+ 2n（H2），代入數據就可得出0.04 mol×2=0.01 mol×4+ 2n（H2），從而快速求得n（H2）=0.02 mol。

方法三：追蹤過程元素守恒法

以上兩種電子得失守恒法理解后，為促使學生進一步深入思考，教師又追問是不是還有更好的守恒法求解呢？部分優秀學生能緊扣樣品與稀H2SO4這一反應，追蹤參加反應的稀H2SO4溶液中H+的去向，探討發現：一部分H+反應后生成了H2，還有一部分H+反應后生成了H2O?？蓤D示如下：

很快，學生依據氫元素守恒，可建立方程：n（H2SO4）=n（H2O）+n（H2），而反應的H2SO4的物質的量依據S元素、Fe元素守恒，也得n（H2SO4）=n（FeSO4）=n（Fe2+）=n（Fe）=2n（Fe2O3）=2×3.2g/160（g/mol）=0.04mol，生成的H2O的物質的量依據O原子守恒，得出n（H2O）=n（O）=0.02 mol，代入方程可得：0.04 mol=0.02 mol+n（H2），快速得出n（H2）=0.02 mol。

2 實踐感悟

通過對該校本作業題的課堂評講，學生收獲的不僅是該題的解答，更多折射出的是解決一類問題的思維方法：對常見計算題的掌握，一要分析清楚題中涉及反應的過程——重過程，二要巧妙使用常見的元素守恒、電子得失守恒等守恒思維——巧守恒。在這樣的講評過程中既培養了學生的解題思維方式，又使學生懂得了舉一反三、觸類旁通的道理，潛移默化地幫助學生形成解題必需的思維能力，還能讓學生體驗到成功的樂趣，學會思考、學會遷移，提高習題講評課的效率。

守恒法是一種重要的化學解題思維方法，其實質就是抓住物質變化過程中某一個特定恒量進行分析，不糾纏某些細枝末節，而是認清相應的過程，把握大局，再考慮反應體系中某些組分相互作用前后某種物理量或化學量的始態和終態。利用守恒思維方法解題可以達到化繁為簡，化難為易，加快解題速度，提高解題能力的目標，進而幫助學生走出思維困境，提升化學素養。

參考文獻：

[1]諸全頭.化學復習中易忽視的薄弱環節——計算[J].化學教學，2010，（4）：71～73.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007.