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2.1 守恒法

物质的量及其在化学计算中的应用 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用化学反应前后元素种类及原子总数不变,通过已知量推算未知量的解题策略。

从哪来 建立在1.1 原子的组成之上。理解原子是化学变化中的最小微粒,且原子由质子、中子、电子构成,是理解“原子守恒”物理基础的前提。

为什么 化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成,即原子的重新组合。在这个过程中,原子核内的质子数和中子数不发生改变,因此反应前后原子的种类、数目、质量均保持不变。守恒法正是基于这一微观不变性,将宏观的物质质量或微观的粒子数目联系起来,从而简化计算过程,避免繁琐的化学方程式配平或摩尔比例推导。

讲法
类比法:乐高积木重组 适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 讲解时拿出几块不同颜色的乐高积木(代表不同原子),告诉学生:无论怎么拆散再拼成新模型(化学反应),积木的总数和颜色种类不会变。如果原来有10块红色积木,拼完后肯定还是10块。守恒法就是不用数新模型里有多少块,直接看旧模型里有多少块红色积木,就能知道新模型里红色积木的数量。
讲法
代数平衡法:天平原理 适合逻辑严密、擅长数学推导的学生。 讲解时引入“质量天平”概念。左边放反应物,右边放生成物。因为原子是守恒的,所以天平两端总质量相等。如果已知左边某元素总质量,右边其他物质中该元素质量已知,那么剩余未知物质中该元素的质量就是差值。强调这是一种基于“等式两边相等”的代数思维,而非死记硬背公式。
讲法
元素追踪法:侦探破案 适合喜欢探究、对微观过程感兴趣的学生。 讲解时设定一个“侦探”情境:我们要追踪某个特定元素(如氧元素)的去向。它从反应物A出发,可能进入生成物B,也可能进入生成物C。就像追踪嫌疑人一样,只要知道它从哪来(反应物总量),以及去了哪(已知生成物),剩下的那个“失踪人口”(未知生成物)的量自然就能算出来。重点在于画出元素流向图,强化“源头-去向”的逻辑链条。
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练一道
基础题
将 10g 碳酸钙(CaCO₃)高温完全分解,生成氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO₂)。已知 Ca 的相对原子质量为 40,C 为 12,O 为 16。求生成 CaO 的质量。
变式
某化合物 A 在氧气中完全燃烧,生成 4.4g CO₂ 和 2.7g H₂O。已知 A 只含 C、H、O 三种元素,且消耗了 3.2g O₂。求 A 中 C、H、O 元素的质量比。
看解答过程
1. 确定守恒元素:反应前后钙(Ca)原子守恒。 2. 计算反应物中 Ca 的质量: CaCO₃ 的相对分子质量 = 40 + 12 + 16×3 = 100。 10g CaCO₃ 中 Ca 的质量 = 10g × (40/100) = 4g。 3. 计算生成物中 CaO 的质量: CaO 的相对分子质量 = 40 + 16 = 56。 设生成 CaO 质量为 x。 x × (40/56) = 4g x = 4g × 56 / 40 = 5.6g。
试试手自己判
检测题
将 5.6g 铁粉放入足量稀硫酸中,充分反应后,生成氢气的质量是多少?(已知 Fe 相对原子质量 56,H 为 1)
看答案和判分标准
答案:0.2g
判对标准:
1. 学生能识别出铁元素守恒或氢元素守恒(此处用铁元素守恒更直接,因为铁完全反应)。
2. 计算过程体现:Fe 的物质的量 = 5.6/56 = 0.1 mol。
3. 根据 Fe ~ H₂ 的关系(或原子守恒),H₂ 的物质的量 = 0.1 mol。
4. 最终计算 H₂ 质量 = 0.1 × 2 = 0.2g。
5. 若学生列化学方程式 Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ 并正确计算,也视为掌握,因为本质相同。
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