基于守恒觀的初中化學(xué)教學(xué)技巧探析

摘

要：在自然界的變化過程中，物質(zhì)既不會被毀滅，也不會被創(chuàng)造，這是物質(zhì)守恒思想的基本觀點。在初中化學(xué)教學(xué)中，質(zhì)量守恒定律是非常重要的內(nèi)容。教師應(yīng)以守恒觀為主題思想，將其貫穿于整個中學(xué)的化學(xué)教學(xué)過程，讓學(xué)生從不同的角度深刻理解守恒觀，從而掌握通過守恒思想快速解題的方法和技巧。關(guān)鍵詞：守恒觀;化學(xué)教學(xué);解題技巧一、化學(xué)學(xué)科守恒觀是中國古代守恒觀的繼承與發(fā)展守恒觀是我國古代先賢在對自然的觀察與思考的基礎(chǔ)上提出的?！赌?jīng)》說：“可無也，有之而不可去，說在嘗然?！薄豆茏印芬粫镆舱f道：“天地莫之能損也?！睍x代的《列子》更進一步表明“物損于彼者盈于此”“成于此者虧于彼”，這個觀點已經(jīng)非常接近化學(xué)變化中物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律了。明末清初的思想家王夫之在《張子正蒙注·太和篇》中，全面論述了物質(zhì)守恒的思想，又舉例加以解釋、說明：第一，“車薪之火，一烈已盡，而為焰，為煙，為燼;木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見耳”，這是燃燒現(xiàn)象。第二，“甄之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸;若盒蓋嚴密，則郁而不散”，這是水受熱變?yōu)檎魵獾默F(xiàn)象。第三，“汞見火則飛，不知何往，而究歸于地”，這是水銀受熱變?yōu)樗y蒸氣的現(xiàn)象;“汞受火煎，無以復(fù)之，則散而無有;蓋覆其上，遂成朱粉”，這是水銀蒸氣與氧氣反應(yīng)的現(xiàn)象。第四，“油薪燕于空曠，煙散而無纖埃;密室閉窒，乃有煤墨”，這是松油的燃燒現(xiàn)象。在上述例子中，既有化學(xué)變化，也有物理變化。這說明我國當(dāng)時的物質(zhì)守恒思想已達到與近代科學(xué)認識相同的水平，比西方國家早了100多年。在教學(xué)過程中，教師適當(dāng)講述中國古代物質(zhì)守恒思想的發(fā)展過程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，同時讓學(xué)生認識到化學(xué)科學(xué)研究中觀察方法的重要性。隨著近代科學(xué)的發(fā)展，物質(zhì)守恒思想進一步得到發(fā)展和演化，如元素守恒、質(zhì)量守恒、電荷守恒、電子守恒、物料守恒和能量守恒等相繼被提出。原子是化學(xué)變化中的最小粒子?；瘜W(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是反應(yīng)物的分子分裂為原子，原子再重新組合，轉(zhuǎn)變成生成物的分子及生成物的過程。在化學(xué)反應(yīng)的前后，原子的種類沒有改變、數(shù)量沒有增減、相對質(zhì)量也沒有改變，這是物質(zhì)不滅、物質(zhì)守恒的根本原因。因此在化學(xué)變化中，如果原子的類別及數(shù)量守恒，則元素的種類、質(zhì)量守恒。元素守恒是指化學(xué)反應(yīng)前后的元素種類不變，且同種元素在反應(yīng)前后的質(zhì)量不變。即反應(yīng)前的物質(zhì)中有哪些元素，反應(yīng)后的物質(zhì)中也含有同樣的元素，而不會出現(xiàn)新的元素種類;反應(yīng)前、后，同種元素的質(zhì)量不變。如果該元素在反應(yīng)后分散到幾種物質(zhì)中，則這幾種物質(zhì)中該元素的質(zhì)量之和也與反應(yīng)前該元素的質(zhì)量相同。同理，如果該元素存在于反應(yīng)前的多種物質(zhì)中，則該元素在反應(yīng)前的質(zhì)量之和也與反應(yīng)后該元素的質(zhì)量之和守恒。質(zhì)量守恒在化學(xué)的變化中是指，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量之和與反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量之和守恒。當(dāng)然，反應(yīng)前所有物質(zhì)的總質(zhì)量（含未參加反應(yīng)的反應(yīng)物、雜質(zhì)、所有參加反應(yīng)的反應(yīng)物等）與反應(yīng)后所有物質(zhì)的總質(zhì)量（含剩余的反應(yīng)物，以及產(chǎn)生的沉淀、氣體、雜質(zhì)等）也守恒。此外，在稀釋或濃縮（如蒸發(fā)溶劑類）前后，溶質(zhì)的質(zhì)量守恒：在溶液（一般以水為溶劑）稀釋中，由于加入了水，導(dǎo)致溶劑、溶液的質(zhì)量變大，但溶質(zhì)的質(zhì)量是不變的。同理，溶液的濃縮是由于水量的減少導(dǎo)致溶劑質(zhì)、溶液質(zhì)量變小，但溶質(zhì)的質(zhì)量在濃縮前后不變。如果是幾種溶液混合，則混合前各溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量之和與混合后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量守恒，而不會出現(xiàn)溶質(zhì)質(zhì)量隨意增加或丟失的情況。電荷守恒是指溶液中所有陽離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負電荷總數(shù)相等，這是由溶液的電中性決定的。電子守恒是指在氧化還原反應(yīng)中，氧化劑得電子的總數(shù)等于還原劑失電子的總數(shù)。電子既不會無緣無故地產(chǎn)生，也不會無緣無故地消失，只會在不同的物質(zhì)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此電子是守恒的。物料守恒是物質(zhì)守恒定律在溶液中的體現(xiàn)，是指溶液中某一組的原始濃度應(yīng)該等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和。例如，在某溶液中，某些離子能夠水解，離子的種類可能增多，但某些主要原子的總數(shù)總是守恒的。能量儲存于物質(zhì)中。在化學(xué)變化中，新的物質(zhì)產(chǎn)生，舊的物質(zhì)消失，同時伴隨發(fā)光、放熱等?；瘜W(xué)變化過程中伴隨的能量變化與維持反應(yīng)，所吸收或放出的能量總是相等的，這就是化學(xué)變化中的能量守恒。初中化學(xué)的質(zhì)量守恒定律在知識層面，屬于教學(xué)中的重點和難點內(nèi)容，有不同的表達形式，在各類解題中頻繁出現(xiàn)。教師在教學(xué)過程中，要抓住物質(zhì)守恒的這條主線，在不同的知識單元中進行不同的演化，幫助學(xué)生從多角度充分地理解與掌握守恒觀，以達到快速掌握知識的目的。二、基于守恒觀的初中化學(xué)教學(xué)技巧學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)社會發(fā)展和終身成長所必備的關(guān)鍵品格和能力。在初中化學(xué)的教學(xué)實踐中，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的五大核心素養(yǎng)，能夠提升課堂教學(xué)效果。其中核心素養(yǎng)之一是樹立變化的觀念與平衡的思想。而平衡思想中的守恒觀，又是解決初中化學(xué)問題一種極其重要的方法和技巧，不僅適用于化學(xué)變化中的質(zhì)量守恒，還適用于其他變化，如溶液的稀釋（或濃縮）、溶液中的電荷守恒等。在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生運用守恒觀透過現(xiàn)象看本質(zhì)，抓住有關(guān)化學(xué)變化的始態(tài)與終態(tài)，利用其中的某種不變量建立等量關(guān)系，可以化繁為簡、快速解題，同時能更好地培養(yǎng)學(xué)生的量化思維能力。為更好地利用守恒觀快速地找出題目中隱藏的等量關(guān)系，則要求教師結(jié)合多種題型，將守恒的變化形式一一導(dǎo)出。淺談幾種運用守恒法解題的基本類型及技巧：（一）定性判斷物質(zhì)的元素組成和化學(xué)式例1：某有機化合物完全燃燒，消耗氧氣9.6g，生成二氧化碳8.8g和水5.4g，該物質(zhì)中含有__________元素。分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，參加化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物中的元素種類和生成物的元素種類相同，可知該物質(zhì)中一定含有碳、氫元素。至于是否含有氧元素，則通過計算判斷：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，二者之和為11.2g，大于參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量9.6g，由反應(yīng)前后氧元素的質(zhì)量守恒可知，該物質(zhì)中必然含有氧元素。此題的正確答案為：碳、氫、氧。例2：在反應(yīng)4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+X+3H2O中，X的化學(xué)式為（

）。A.NH3

B.NH4NO3

C.NO

D.NO2分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式的定義可知，X的化學(xué)式中應(yīng)含Zn原子的個數(shù)為：4-4=0，應(yīng)含有H原子的個數(shù)為：10-2×3=4，應(yīng)含有N原子的個數(shù)為：10-4×2=2，應(yīng)含有O原子的個數(shù)為：10×3-2×3×4-3=3。故X的化學(xué)式為：N2H4O3，即NH4NO3，答案選B。此題就是利用了化學(xué)反應(yīng)前后同種元素的原子個數(shù)守恒，從而判斷出物質(zhì)的化學(xué)式，也是質(zhì)量守恒定律的常考題型。（二）定量計算中的質(zhì)量守恒1.化學(xué)反應(yīng)中的元素守恒和物質(zhì)守恒例3：將37.2g某種天然氣水合物CH4·xH2O與一定量的氧氣在密閉容器中用電火花引燃，反應(yīng)后的二氧化碳、一氧化碳和水蒸氣的混合氣體總質(zhì)量為53.2g，冷卻至室溫，剩余氣體的質(zhì)量為10.0g。下列說法中，正確的是（

）。A.x=8。B.上述反應(yīng)消耗氧氣的質(zhì)量為26.0g。C.該天然氣水合物中，碳、氫元素的原子個數(shù)比為1∶18。D.要使上述37.2g天然氣的水合物充分燃燒，至少需要19.2g氧氣。分析：此題就是充分運用了質(zhì)量守恒解決問題。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，參加反應(yīng)的天然氣水合物和氧氣的質(zhì)量之和等于生成物的質(zhì)量之和，故參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量為53.2g-37.2g=16.0g，則B項錯誤，這是從物質(zhì)質(zhì)量守恒的角度解題。要解決A項和C項，則需要挖掘其中的等量關(guān)系，即氫元素的質(zhì)量在反應(yīng)前后不變：根據(jù)37.2g天然氣水合物中氫元素的質(zhì)量與生成水（53.2g-10.0g=43.2g）中的氫元素質(zhì)量相等，列方程即可解得x值為6，同時天然氣水合物中碳氫原子的個數(shù)之比為1∶16，故A項和C項均錯誤，由此可知正確答案為D。這是從反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒的角度解題。本題是將元素的質(zhì)量守恒和物質(zhì)的質(zhì)量守恒進行綜合運用的典型。2.用元素守恒代替化學(xué)方程式的計算，來簡化解題過程例4：工業(yè)上，常用一氧化碳還原鐵礦石中的氧化鐵。如果要生產(chǎn)含雜質(zhì)4%的生鐵5.6t，則需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石多少t？分析：此題可以根據(jù)化學(xué)方程式中的氧化鐵和鐵的質(zhì)量關(guān)系進行求解，也可以根據(jù)反應(yīng)前后鐵元素質(zhì)量守恒，即5.6t生鐵中的含鐵量與赤鐵礦中的含鐵量相等，列方程求解。相比傳統(tǒng)的根據(jù)化學(xué)方程式進行計算的煩瑣過程，以元素守恒直接列一個方程式的解題方法更直觀、易懂，也有助于學(xué)生在大腦中建立起量化的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的快速解決問題能力。3.溶液（以水為溶劑）中稀釋（或蒸發(fā)溶劑濃縮）前后的溶質(zhì)質(zhì)量守恒例5：某化學(xué)興趣小組欲配制49g，20%的稀硫酸進行實驗，實驗室為他們提供了98%的濃硫酸。通過計算，他們需要的98%的濃硫酸的質(zhì)量是多少g？分析：此題屬于溶液的稀釋問題，并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但仍可以根據(jù)稀釋前后，只是溶劑和溶液的量在發(fā)生變化，而溶質(zhì)的質(zhì)量保持不變來列方程，由49g×20%=x98%，即可求出濃硫酸的質(zhì)量x值。通過蒸發(fā)溶劑濃縮溶液也可以用同樣的方法解決。由此可見，守恒觀不僅適用于化學(xué)反應(yīng)中的等量關(guān)系，還適用于有關(guān)溶液稀釋或濃縮問題的計算。4.根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量守恒，用差量法解題（這里的“差量”指質(zhì)量之差）（1）非溶液中的反應(yīng)例6：反應(yīng)前后的固體差量是產(chǎn)生氣體的質(zhì)量或某元素的質(zhì)量。例如，某小組利用高錳酸鉀160g制取氧氣，一段時間后，發(fā)現(xiàn)試管中剩余的固體共150.4g，請問生成的氧氣質(zhì)量是多少？參加反應(yīng)的高錳酸鉀質(zhì)量是多少？分析：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，參加反應(yīng)的高錳酸鉀質(zhì)量等于剩余固體和氧氣的質(zhì)量之和，即可求出氧氣的質(zhì)量為160g-150.4g=9.6g。再由氧氣的質(zhì)量結(jié)合化學(xué)方程式，可以計算出參加反應(yīng)的高錳酸鉀的質(zhì)量。在實驗探究題中，常涉及反應(yīng)前后固體的差量是某元素的質(zhì)量，如一氧化碳還原氧化銅或氧化鐵的實驗中，反應(yīng)前后固體的差量，即為氧化銅或氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，進而根據(jù)化學(xué)方程式再計算其他量。（2）溶液中的反應(yīng)例7：某溶液中，有Mg2+、SO42-、Cl-、Na+幾種離子，Na+、Mg2+、SO42-的比例為4∶5∶8，如果Na+的個數(shù)是4n個，那么Cl-的個數(shù)可能是（）。A.5n

B.2n

C.6n

D.8n分析：溶液整體為電中性，因此陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于陰離子所帶的負電荷總數(shù)，根據(jù)電荷守恒列出等式，就可得出結(jié)果。答案選B。5.粒子守恒（實質(zhì)仍是元素的質(zhì)量守恒）在一系列反應(yīng)過程中追蹤某種粒子的去向，根據(jù)粒子個數(shù)不變（即守恒）建立聯(lián)系。例8：有一變質(zhì)KOH樣品，含H2O7.62%、K2CO32.38%、KOH90%。取w克該樣品，加入98g、質(zhì)量分數(shù)為20%的稀硫酸中，完全反應(yīng)后，所得溶液蒸干后，可得固體多少g？分析：由題意可知，反應(yīng)后所得的溶液中，溶質(zhì)只有K2SO4，蒸干后所得的固體即為K2SO4。無論K2SO4來自哪個反應(yīng)，都一定要消耗H2SO4，且稀硫酸中的SO42-全部變成K2SO4。根據(jù)