电解质溶液三个守恒 电解质溶液中三种守恒关系的应用

电解质溶液中三种守恒关系的应用 周正 一班的同学们，大家好，上周我们在晚自习时接触了溶液守恒问题，在做题过程中我们发现应用很广，但是参考书又没有详细的归类，所以我再此将重新把问题归类，希望对大家有所帮助，具体的题目我会在每两周二下午将例题在班中一一呈现，希望对你们有所帮助~~

【关键词】电荷守恒；物料守衡；质子守衡；电离平衡；水解平衡

古语云：授人以鱼，只供一饭。授人以渔，则终身受用无穷。学知识，更要学方法。在学习《电离平衡》一章时，学生对于电解质溶液中微粒浓度的比较，尤其是有等量关系的微粒浓度问题，常感到棘手，解答非常困难。对此，在教学中我尝试扩大知识面，补充引入三种守恒式的讲授，发现学生普遍能够接受，教学效果显著提高。 三种守恒关系其实是电解质溶液中三种平衡的数学表达式。

1.电荷守衡

电解质溶于水时，当处于平衡状态时，无论存在多少种离子，溶液中阳离子所带正电荷的总数必等于阴离子所带负电荷的总数，即溶液总是电中性的，这一规律称为电荷平衡。它的数学表达式叫电荷等衡式。

例：写出ＮａＨＣＯ３在溶液中的电荷等衡式。

分析：溶液中带正电荷的离子有Ｎａ＋，Ｈ＋，各带有1个单位的正电荷；带负电荷的离子有ＯＨ－，ＨＣＯ３－，ＣＯ３２－，前两者各带有1个单位的负电荷，后者带有2个单位的负电荷。根据电荷守恒，则ＮａＨＣＯ３溶液的电荷等衡式为：［Ｎａ＋］＋［Ｈ＋］＝［ＨＣＯ３－］＋［ＯＨ－］＋2［ＣＯ３２－］注：在ＮａＨＣＯ３溶液中所有的离子种类和ＮａＨＣＯ3完全相同，所以其电荷等恒式与上式完全相同。

2.物料守衡

在电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子种类增多，但某些关键性的原子总是守恒的。

例：写出0.1ｍｏｌ／ＬＮａＨＣＯ３溶液的物料等衡式。

分析：ＮａＨＣＯ３（0.1ｍｏｌ／Ｌ）在溶液中存在如下关系： ＮａＨＣＯ３＝Ｎａ＋＋ＨＣＯ３－

ＨＣＯ３－＋Ｈ２Ｏ Ｈ２ＣＯ３＋ＯＨ－（水解平衡）

ＨＣＯ３－ Ｈ＋＋ＣＯ３２－（电离平衡）

溶质在溶液中存在的离子有Ｎａ＋，ＨＣＯ３－，Ｈ２ＣＯ３，ＣＯ３２－四种，据物料平衡规律，平衡时有如下关系：

［Ｎａ＋］＝0.1ｍｏｌ／Ｌ，［Ｈ２ＣＯ３］＋［ＨＣＯ３－］＋［ＣＯ３２－］＝0.1ｍｏｌ／Ｌ

此二式分别为溶质对于Ｎａ＋和ＨＣＯ３－两种离子的物料等衡式，也可写成： ［Ｎａ＋］＝［Ｈ２ＣＯ３］＋［ＨＣＯ３－］＋［ＣＯ３２－］＝0.1ｍｏｌ／Ｌ 此类元素守恒题中各粒子之间的关系一般为：

c(不变化的离子)=c(变化的离子)+c(水解后生成的弱电解质)+c（电离所得二元弱酸根离子）

例：写出Ｎａ２ＣＯ３溶液的物料等衡式。

分析：在Ｎａ２ＣＯ３溶液存在如下关系；

ＣＯ３２－＋Ｈ２Ｏ ＨＣＯ３－＋ＯＨ－（一级水解）

ＨＣＯ３－＋Ｈ２Ｏ Ｈ２ＣＯ３＋ＯＨ－（二级水解）

故碳元素以Ｈ２ＣＯ３，ＨＣＯ３－，ＣＯ３２－，三种形式存在，且钠原子数目是碳原子数目的2倍。它们之间有如下守恒关系：［Ｎａ＋］＝2［Ｈ２ＣＯ３］＋2［ＨＣＯ３－］＋2［ＣＯ３２－］

3.质子守衡

溶液中微粒给出质子数（Ｈ＋）与接受质子数相等。表现为水溶液中由水电离出的Ｈ+和ＯＨ－永远相等。

例：写出Ｎａ２ＣＯ３溶液的质子等衡式。

分析：Ｎａ２ＣＯ３在溶液中存在如下关系；

ＣＯ３２－＋Ｈ２Ｏ ＨＣＯ３－＋ＯＨ－

ＨＣＯ３－＋Ｈ２Ｏ Ｈ２ＣＯ３＋ＯＨ－

可以这样理解，水电离出的Ｈ＋分成三部分；①与ＣＯ３２－结合生成Ｈ２ＣＯ３ ；②与ＨＣＯ３－结合生成Ｈ２ＣＯ３；③没被结合的。其中生成ＨＣＯ３－的Ｈ＋的量与ＨＣＯ３－相等，生成Ｈ２ＣＯ３的Ｈ＋的量是Ｈ２ＣＯ３的两倍，所以有如下质子等衡式。 ［Ｈ３Ｏ＋］＋［ＨＣＯ３－］＋2［Ｈ２ＣＯ３］＝［ＯＨ－］或［Ｈ＋］＋［ＨＣＯ３－］＋2［Ｈ２ＣＯ３］＝［ＯＨ－］实际上，质子守恒也可以认为是由电荷守恒和物料守恒变换得到的。

例：写出ＮａＨＣＯ３溶液的质子等衡式

分析：ＮａＨＣＯ３在溶液中存在如下关系；

ＨＣＯ３－＋Ｈ２Ｏ Ｈ２ＣＯ３＋ＯＨ－

ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－＋Ｈ＋

可以这样理解，水电离出的Ｈ＋分成两部分：一是与ＨＣＯ３－结合生成Ｈ２ＣＯ３；二是没被结合的。但由ＨＣＯ３－电离Ｈ＋不能算作由水电离出的Ｈ＋，且由ＨＣＯ３－－电离的Ｈ＋的量与ＣＯ３２－相等，所以有如下质子等衡式［Ｈ＋］＋［Ｈ２ＣＯ３］-［ＣＯ３２－］＝［ＯＨ－］学生在做习题时，常会遇到微粒浓度有等量关系的题目,此时，利用三种等衡式解题简便快捷。

例：在0.1ｍｏｌ／ＬＣＨ３ＣＯＯＮａ溶液中，下列关系不正确的是（ ）

① ［Ｎａ＋］＞［ＣＨ３ＣＯＯ－］＞［ＯＨ－］＞［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＞［Ｈ＋］ ② ［Ｎａ＋］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋［ＣＨ３ＣＯＯＨ］

③ ［Ｎａ＋］＋［ＯＨ－］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋2［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＋［Ｈ＋］ ④ ［Ｎａ＋］＞［ＯＨ－］＝［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＞［ＣＨ３ＣＯＯ－］＞［Ｈ＋］ 分析：ＣＨ３ＣＯＯＮａ溶液中存在如下关系；

ＣＨ３ＣＯＯＮａ＝ＣＨ３ＣＯＯ－＋Ｎａ＋，

ＣＨ３ＣＯＯ－＋Ｈ２Ｏ ＣＨ３ＣＯＯＨ＋ＯＨ－，

Ｈ２Ｏ Ｈ＋＋ＯＨ－。故可知①正确，④不正确。据三种等衡式①物料等衡式：［Ｎａ＋］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＝0.1ｍｏｌ／Ｌ，故Ｂ正确；②电荷等衡式：［Ｎａ＋］＋［Ｈ＋］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋［ＯＨ－］；③质子等衡式：［Ｈ＋］＋［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＝［ＯＨ－］，①③合并得③正确。故答案为④。

实践证明，将三种等衡式引入教学中解决电解质溶液问题，比用其他方法解决这一类问题，更易为学生接受，且比较直接，也容易理解掌握

例题

。一 电荷守恒

电荷守恒仅和溶液中带电粒子有关，在离子化合物（或溶液）中，阴离子所带负电荷总数=阳离子所带正电荷总数。

[例1]（08天津卷）醋酸溶液中存在电离平衡CH3COOH H＋＋CH3COO-，下列叙述不正

确的是（ ）

A．醋酸溶液中离子浓度的关系满足：c（H＋）＝c（OH-）＋c（CH3COO－）

B．0.10mol/L的CH3COOH溶液中加水稀释，溶液中c（OH－）减小

C．CH3COOH溶液中加少量的CH3COONa固体，平衡逆向移动

D．常温下pH＝2的CH3COOH溶液与pH＝12的NaOH溶液等体积混合后，溶液的pH＜7 解析：根据电荷守恒，选项A中的等量关系成立

答案：B。

[例2]（05广东卷）关于小苏打水溶液的表述正确的是

A．c(Na+) = c(HCO3-)+ c(CO32-)+ c(H2CO3)

B．c(Na+) + c(H+)= c(HCO3-)+ c(CO32-)+ c(OH-)

C．HCO3—的电离程度大于HCO3—的水解程度

D．存在的电离有：NaHCO3 == Na+ + HCO3-，HCO3— H+ + CO32-，

H2O H+ + OH-

解析：B选项小苏打水溶液中电荷守恒应该是

c(Na+) + c(H+)= c(HCO3-)+ 2c(CO32-)+ c(OH-) 答案：AD

电解质溶液中的电荷守恒是3大守恒中最容易理解的，注意2点就不容易出错

1.不要漏掉任何带电粒子

2.注意带电粒子所带的电荷数

二 物料守恒

物料守恒研究对象通常是电解质溶液的溶质，指某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。

[例1]（09广东卷）下列浓度关系正确的是

A.氯水中：c(Cl2)=2{c(ClO-)+c(Cl-)+c(HClO)}

B.氯水中：c(Cl-)＞c(H+)＞c（OH-）＞c(c(ClO-)

C.等体积等浓度的氢氧化钠与醋酸混合：c(Na+)= c(CH3COO-)

D．Na2CO3溶液中：c(Na+)> C（CO32-）>c（OH-）>C(HCO3-) >c（H+）

解析：C选项等体积等浓度的氢氧化钠与醋酸混合后含碳原子的粒子有CH3COOH，CH3COO-由物料守恒有c(Na+)= c(CH3COO-)+c(CH3COOH)

电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其它离子或分子等，但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。

答案 D

[例2]（08广东卷）盐酸、醋酸和碳酸氢钠是生活中常见的物质。下列表述正确的是（ ）

A．在NaHCO3溶液中加入与其等物质的量的NaOH，溶液中的阴离子只有CO32-和OH-

B．NaHCO3溶液中：c(H+)+c(H2CO3)=c(OH-)

C．10 mL0.10 mol·L-1CH3COOH溶液加入等物质的量的NaOH后，溶液中离子的浓度

由大到小的顺序是：c(Na+)＞c(CH3COO-)＞c（OH-）＞c(H+)

D．中和体积与pH都相同的HCl溶液和CH3COOH溶液所消耗的NaOH物质的量相同 解析：根据电荷守恒 ：c(H+)+c(Na+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)

物料守恒：c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)

两式相减得 ：c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32-）+c(OH-) (质子守恒)所以B

错误。

答案：C

三 质子守恒

质子守恒研究对象主要是电解质溶液的溶剂水，是指溶液中由水电离出来的H＋和OH－总是相等的，质子守恒可由电荷守恒和物料守恒联立推导出来。

[例]（07广东卷）下列各溶液中，微粒的物质的量浓度关系正确的是

A 1.0mol/L Na2CO3溶液：c(OH－)＝c(HCO3－)＋c(H＋)＋2c(H2CO3)

B 1.0mol/LNH4Cl溶液：c(NH4＋)＝c(Cl－)

C 向醋酸钠溶液中加入适量醋酸，得到的酸性混合溶液：

c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(H＋)＞c(OH－)

D 向硝酸钠溶液中滴加稀盐酸得到的pH＝5的混合溶液：c(Na＋)＝c(NO3－) 解析：A选项水电离出来的H＋和OH－相等的，由于CO32-的水解结合部分H＋

生成HCO3－（结合1个H＋）和H2CO3（结合2个H＋）根据质子守恒A正确 答案：AD