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多维度突破电解质溶液的“质子守恒”

2022-07-05叶振东

中学化学 2022年6期
关键词:框图电离质子

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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