多维度突破电解质溶液的“质子守恒”

叶振东

一、建立守恒的要素

1.本质

质子即“H+”，质子守恒指的是溶液中水电离的c（H+）=c（OH）。

2.原理

必须时刻牢记两个平衡即电离平衡（水的电离和弱电解质的电离）和水解平衡。

3.原因

水电离出的H和OH浓度相等，即c（H+）*=c（OH—）*。在水中加入可溶盐Na2A溶液或NaHA后，水的电离平衡发生了变化，HA—电离给出H+抑制水的电离，A2—、HA水解结合H+促进水的电离，但溶液中的OH全来自水的电离，则

c（OH-）=c（OH-）x=c（H+）水 =c（H*） +Σc（H*）

二、常用方法

1.“守恒合并法”

（以Na2CO3溶液为例）

①物料守恒

c（Na+）=2[c（HCO3）+c（CO3-）+c（H2CO3）]

②电荷守恒

c（Na+）+c（H*）=c（OH-） +c（HCO5）

+2c（CO3-）

将①、②合并，得质子守恒：

c（OH-）=c（H+）+c（HCO5）+2c（H2CO3）

2.“得失质子守恒法”

以单一溶液中的质子守恒为例。

（1）先确定溶液中影响水电离平衡的微粒（溶质）和H2O（溶剂）作为“参考基准物”;

（2）推出参考基准物得质子的产物微粒和失质子的产物微粒，H2O得质子的产物是H3O+，通常简写为H*;

（3）列质子守恒关系式时，注意得失质子数目与产物粒子的倍数关系。

示例解读

①NaHCO3溶液：

质子守恒：

c（H+）+c（H2CO3）=c（OH-）+c（CO3-）

②Na2CO3溶液：

注意H2CO3是CO3—得兩个质子的产物，所以得质子数应是H2CO3数目的2倍。

质子守恒：

c（H+）+c（HCO3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

③（NH4）2CO3溶液：

质子守恒：

c（H+）+c（HCO3）+2c（H2CO3）=c（OH） +c（NH3·H2O）

④Na3PO 溶液：

注意H2PO，是PO2—得2个质子的产物，H3PO4是PO4—得3个质子的产物。

质子守恒：

c（H+）+c（HPO2-）+2c（H2PO4）+ 3c（H3PO4）=c（OH）

3.“框图法”

以混合溶液中的质子守恒为例。

（1）先确定影响水电离的离子种类，一般有NH、CO3-、HCO3、CH，COO、H2PO、HPO、 PO4-等;

（2）框图中列出的微粒：H2O按1mol列出，影响水电离的粒子，同一类别的粒子总量按1mol列出;

（3）如果两种离子可以相互转化（如共轭酸碱CO23—和HCO3），则它们总量按1mol，各自的量按比例分配;

（4）各种离子分别结合质子生成的微粒列在一侧，失去质子生成的微粒列在另一侧，得失相等得质子守恒（H2O分子结合H+得H3O+，通常简写为H+，H2O分子失去H+得OH）;

（5）因为1个CO3—结合2个质子生成H2CO3，所以该步结合的质子数=2倍H2CO3分子数;

（6）同理1个PO4—结合3个质子生成H3PO4，所以该步结合的质子数=3倍H3PO4分子数。

示例解读

①NH，C1和CH3COONH，混合液：影响水电离的离子是NH和CH3COO—，框图中H2O、NH、CH3COO均为1。

质子守恒：

c（H*） + с （CH，COOH）=c（OH-）+ c（NH3·H2O）

若是（NH4）2SO4和CH3COONH，混合溶液，框图和质子守恒关系与此完全相同。

②CH，COONa和NaHCO3混合液：影响水电离的离子是CH3COO—和HCO3，框图中CH3COO、HCO3、H2O均为1。

质子守恒：

c（H*）+c（CH3COOH）+c（H2CO3）= c（OH-）+c（CO3-）

4.数轴解析法

用数轴表示“c（OH—）—c（H*）”，将盐电离出的酸根离子置于数轴的原点，该酸根离子给出质子形成的微粒置于原点的左侧、结合质子形成的微粒置于原点的右侧，并按其结合质子的次序在数轴上从左到右依次排开，每相邻2个微粒在数轴上相距1个单位。将“c（OH）—c（H*）=Σc（粒子）或HM—的水解产物x结合质子数目- Σc（粒子）HA-的电离产物x给出质子数目”抽象为数学公式“c（OH—）—c（H+）=Σc（粒子）x粒子刻度”，依据数轴解析建构质子守恒关系式。

示例解读

以碳酸钠溶液为例。

①碳酸钠溶液中参与质子转移的粒子顺序为CO3—、HCO3、H2CO3，对应的数轴草图为：

②盐溶液电离出的弱离子确定原点位置以及对应的刻度。上例盐溶液中原点为CO3—，则CO23—、HCO、H2CO3对应的刻度分别为0、+1、+2，此时对应的数轴图为：

（注意：这一步是关键，决定了质子守恒表达式中各粒子浓度计量数的符号和绝对值）

③直接书写质子守恒表达式，通式为：c（OH）-c（H*）=Σ粒子刻度xc（粒子）碳酸钠溶液中的质子守恒表达式为：

c（OH）=c（H*）+1xc（HCO3）+2xc（H2CO3）

（收稿日期：2022—04—21）2F6349E3-D931-49DF-A750-59716140C8B9

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