胡小磊　王慧娟

摘 要：質量守恒定律是初中化學教學中的難點，由此延伸的化學變化中的元素守恒對初學者來講更是不好理解.本文通過分析教學過程中學生認為的“難題”，從整體把握計算過程，幫助學生快速掌握解題方法，從更高的角度，熟練掌握質量守恒定律.

關鍵詞：整體;質量（元素）守恒;計算

作者簡介：胡小磊（1983-），男，山東高青人，本科，中學二級教師，研究方向：中學化學教學;

王慧娟（1989-），女，山東莘縣人，本科，中學二級教師，研究方向：中學化學教學.

質量守恒定律在初中化學中居于核心地位，是義務教育階段科學教育領域為數(shù)不多的幾個基本定律之一，是后期書寫化學方程式，利用化學方程式進行計算的基礎，有利于幫助學生提高化學學科素養(yǎng).

筆者在教學過程中發(fā)現(xiàn)，大多初學者對質量守恒定律的學習和理解不到位，不能從整體上把握，對質量守恒定律延伸出來的元素守恒、原子守恒等推論僅僅停留在機械記憶階段，不能較好的進行應用，所以就形成了有些“難題”無法正確解答的局面.本文從整體角度和元素守恒思路對典型例題進行解答，以期對學生在質量守恒定律的學習上進行有效點撥，達到事半功倍的效果.

化學變化中的元素守恒是指在化學反應前后元素的種類和質量均不發(fā)生改變，從化學反應的整體角度掌握這一知識點，有些“難題”便可化繁為簡，迎刃而解.

例1 （2016·虞城縣三模）在由CH4和H2組成的混合氣體中，測知碳元素的質量分數(shù)為60%，則混合氣體充分燃燒生成二氧化碳和水的質量比為（ ）

A.11∶18B.22∶9C.1∶1D.11∶27

解析 觀察發(fā)現(xiàn)，混合氣體和足量的氧氣發(fā)生化學反應，組分均可完全燃燒，產物只有CO2和H2O.

其反應的化學方程式為：CH4+2O2點燃CO2+2H2O; 2H2+O2點燃2H2O

從整體看，混合物中只有兩種元素組成——碳元素和氫元素，而且混合物中碳、氫元素的質量比為6∶4（3∶2）.

由化學方程式可知，反應物中（只有甲烷中有）的碳元素反應完成后全部進入二氧化碳中，而反應物（甲烷和氫氣中均有）中的氫元素反應后全部進入生成的水中.

由化學反應中元素守恒知，產物二氧化碳中的碳元素的質量等于反應前甲烷中的碳元素的質量;產物水中的氫元素的質量等于反應前甲烷和氫氣中氫元素的質量之和.以此思路，該題可如下解答：

解：設，原混合物中碳元素的質量為3x，則氫元素的質量為2x

生成的二氧化碳的質量為：3x÷（1244×100%）=11x

生成的水的質量為：2x÷（218×100%）=18x

生成的二氧化碳的質量與水的質量比為（11x）∶（18x）=11∶8，答案選A

例2 （2013·大連，節(jié)選）取47.4g高錳酸鉀，加熱一段時間后停止，共收集到3.2g氧氣.計算：剩余固體中氧元素的質量分數(shù)（計算結果保留到0.1%）.

解析 該反應的化學方程式為：2KMnO4△K2MnO4 +MnO2 +O2↑

題目中并未提及高錳酸鉀是否完全反應，只知道生成了3.2g氧氣.

要計算剩余固體中氧元素的質量分數(shù)，分析剩余固體成分：高錳酸鉀、錳酸鉀、二氧化錳.這三種物質均含有氧元素.按照正常的思路，應利用生成的氧氣的質量分別計算出參加反應的高錳酸鉀的質量及生成的二氧化錳和錳酸鉀的質量，然后再計算氧元素的質量分數(shù).這種思路計算量大，而且容易出錯，不適合實際操作.

如果從整體分析，依據化學反應前后氧元素的質量守恒，我們發(fā)現(xiàn)整個化學反應中，固體中氧元素減少的質量即為生成的氧氣的質量.則剩余的氧元素的質量，即為反應前高錳酸鉀中氧元素的質量減去生成的氧氣的質量.

同樣利用質量守恒定律，反應后固體的質量應為反應前固體質量減去生成的氧氣的質量.

故該題可做如下解答：

解：剩余固體中氧元素的質量為：47.4g×64158×100%-3.2g=16.0g

剩余固體的質量為：47.4g-3.2g=44.2g

16.0g44.2g×100%=36.2%

答：剩余固體中氧元素的質量分數(shù)為36.2%.

例3 （2013·哈爾濱）煅燒石灰石可制得氧化鈣（假設石灰石中的雜質不參與反應，且不含鈣、碳元素）.測得煅燒后剩余固體中鈣元素與碳元素的質量比為20∶3.則已分解的碳酸鈣占原碳酸鈣的質量分數(shù)為（ ）

A.40%B.60%C.30%D.50%

解析 該反應的化學方程式：CaCO3高溫CaO+CO2↑

該題目中，碳酸鈣并未完全分解.反應完成后殘余固體中有雜質、氧化鈣（CaO）和碳酸鈣（CaCO3）.殘余固體中的成分比較復雜，題目中已知量也不多，只有剩余固體中的鈣元素和碳元素的質量比，進行一一分析比較困難，似是一個很難解答的題目.

不過，我們從化學反應前后元素守恒的角度來分析，這種題似乎并不難.

我們觀察發(fā)現(xiàn)在該反應中，固體質量有所損失的元素為碳元素和氧元素，而鈣元素在化學反應前后的固體中并未減少.即反應前后固體中鈣元素的質量不發(fā)生改變，這是其一.

同時，我們發(fā)現(xiàn)，剩余固體中的碳元素來源只有剩余的碳酸鈣，這是其二.

由此，我們可以分別計算出反應前和反應后碳酸鈣的質量，問題迎刃而解.故，解答如下：

解：設剩余固體中的鈣元素為20x，則碳元素的質量為3x

反應前碳酸鈣的質量為：

20x÷40100×100%=50x

反應后剩余固體中的碳酸鈣的質量為：

3x÷12100×100%=25x

則分解的碳酸鈣的質量分數(shù)為1-25x50x×100%=50%

故該題選D.

通過上述諸例題我們不難發(fā)現(xiàn)，在某些化學反應中，反應物或者生成物的組成比較復雜，從物質角度入手分析比較困難，有時候會讓學生感到無所適從.而從總體上把握化學變化中元素的守恒，再結合利用化學式進行物質質量的計算，是解決此類題目的捷徑.同時，可以通過這類題目的練習加強學生對質量守恒定律的理解.

參考文獻：

[1]畢華林 盧巍.義務教育段八年級化學教科書[M].濟南：山東教育出版社，2016.

[2] 叢祥滋. 義務教育段八年級化學教師教學用書[M].濟南：山東教育出版社，2016.

[3]中華人民共和國教育部. 義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：人民教育出版社，2011.

（收稿日期：2019-06-13）