高中化學(xué) 專題3 溶液中的離子反應(yīng) 第三單元 鹽類的水解 3 溶液中的三個(gè)守恒學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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溶液中的三個(gè)守恒【考點(diǎn)精講】雖然電解質(zhì)在水溶液中可能發(fā)生電離、水解等多種變化，使各種分子、離子濃度的計(jì)算和比較變得錯(cuò)綜復(fù)雜，但只要抓住“電荷守恒”“元素（物料）守恒”“質(zhì)子守恒”這三個(gè)守恒關(guān)系，進(jìn)行準(zhǔn)確分析，這些問題就會(huì)迎刃而解。一、電荷守恒是指溶液中所有陽(yáng)離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。即溶液永遠(yuǎn)是電中性的，所以陽(yáng)離子帶的正電荷總量陰離子帶的負(fù)電荷總量1. 溶液必須保持電中性，即溶液中所有陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)等于所有陰離子所帶的電荷數(shù)。2. 除六大強(qiáng)酸、四大強(qiáng)堿外都水解，多元弱酸部分水解。產(chǎn)物中有分步水解產(chǎn)物。3. 這個(gè)離子所帶的電荷數(shù)是多少，離子前就寫幾。例如：Na2CO3：c（Na+）+c（H+）=c（OH）+c（HCO3）+2c（CO3 2）寫這個(gè)等式要注意兩點(diǎn)：1. 要準(zhǔn)確判斷溶液中存在的所有離子，不能漏掉。2. 注意離子自身帶的電荷數(shù)目。例如：NaHCO3溶液：c（Na）+ c（H）= 2c（CO32）+ c（HCO3）+ c（OH）NaOH溶液：c（Na）+ c（H）= c（OH）Na3PO4溶液：c（Na）+ c（H）= 3c（PO43）+ 2c（HPO42）+ c（H2PO4）+ c（OH）注意：（1）正確分析溶液中存在的陰、陽(yáng)離子是書寫電荷守恒式的關(guān)鍵，需要結(jié)合電解質(zhì)電離及鹽類的水解知識(shí)，尤其是對(duì)多級(jí)電離或多級(jí)水解，不能有所遺漏。如Na2CO3溶液中存在如下電離和水解平衡：Na2CO3= 2 Na+ +CO32；CO32+ H2OHCO3+OH；HCO3+H2OH2CO3 +OH；H2OH+OH。所以溶液中陽(yáng)離子有：Na+、H+，陰離子有：CO32、HCO3、OH。（2）結(jié)合陰、陽(yáng)離子的數(shù)目及其所帶的電荷可以寫出： N（Na+）+N（H+）= 2N（CO32）+ N（ HCO3）+ N（OH）（3）將上式兩邊同時(shí)除以NA得：n（Na+）+n（H+）=2n（CO32）+ n（HCO3）+ n（OH）；再同時(shí)除以溶液體積V得：C（Na+）+C（H+）= 2C（CO32）+ C（HCO3）+ C（OH），這就是Na2CO3溶液的電荷守恒式。電荷守恒式即溶液中所有陽(yáng)離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷乘積之和等于所有陰離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷的絕對(duì)值乘積之和。二、物料守恒即加入的溶質(zhì)組成中存在的某些元素之間的特定比例關(guān)系，由于水溶液中一定存在水的H、O元素，所以物料守恒中的等式一定是非H、O元素的關(guān)系。例如：NH4Cl溶液：化學(xué)式中N：Cl=1：1，即得到c（NH4+）+ c（NH3H2O）= c（Cl）Na2CO3溶液：Na：C=2：1，即得到c（Na+）= 2c（CO32+HCO3+H2CO3）NaHCO3溶液：Na：C=1：1，即得到c（Na+）= c（CO32）+ c（HCO3）+ c（H2CO3）寫這個(gè)等式要注意，把所有含這種元素的粒子都要考慮在內(nèi)，可以是離子，也可以是分子。物料守恒可以理解為原子守恒的另一種說法。“任一化學(xué)反應(yīng)前后原子種類和數(shù)量分別保持不變”，可以微觀地應(yīng)用到具體反應(yīng)方程式，也就是反應(yīng)物元素原子（核）種類與總數(shù)相等于生成物。1. 含特定元素的微粒（離子或分子）守恒；2. 不同元素間形成的特定微粒比守恒；3. 特定微粒的來源關(guān)系守恒。示例：NaHCO3溶液 n（Na）：n（C）=1：1，如果HCO3沒有電離和水解，那么Na+和HCO3濃度相等。 HCO3會(huì)水解成為H2CO3，電離為CO32（都是1：1反應(yīng)，也就是消耗一個(gè)HCO3，就產(chǎn)生一個(gè)H2CO3或者CO32），那么守恒式中把Na+濃度和HCO3及其產(chǎn)物的濃度和畫等號(hào)（或直接看作鈉與碳的守恒）：即c（Na+）= c（HCO3）+ c（CO32）+ c（H2CO3）這個(gè)式子叫物料守恒三、質(zhì)子守恒這是“追蹤”溶液中H（質(zhì)子）的“來龍去脈”而得到的關(guān)系式。即質(zhì)子守恒就是酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子數(shù)目相同。方法一：可以由電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到。NaHCO3溶液中存在下列等式 c（H+）+c（Na+）=c（HCO3）+2c（CO32）+c（OH）電荷守恒 c（Na+）=c（HCO3）+c（CO32）+c（H2CO3）物料守恒兩式相減得c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32）+c（OH），這個(gè)式子叫質(zhì)子守恒。方法二：酸堿質(zhì)子理論示例1：NaHCO3溶液原始物種類：HCO3、H2O消耗質(zhì)子產(chǎn)物H2CO3，產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物CO32、OHc（H+）=c（CO32）+c（OH）c（H2CO3）即c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32）+c（OH）關(guān)系：剩余的質(zhì)子數(shù)目等于產(chǎn)生質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目消耗質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目直接用酸堿質(zhì)子理論求質(zhì)子平衡關(guān)系比較簡(jiǎn)單，但要細(xì)心；如果用電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到則比較麻煩，但比較保險(xiǎn)。示例2：NaH2PO4溶液原始物種類：H2PO4，H2O消耗質(zhì)子產(chǎn)物：H3PO4，產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物：HPO42（產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子），PO43（產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子），OH所以：c（H+）=c（HPO42）+2c（PO43）+c（OH）c（H3PO4）【典例精析】例題1 寫出K3PO4溶液中存在的物料守恒關(guān)系式_。思路導(dǎo)航：在K3PO4溶液中，PO43部分水解成HPO42、H2PO4、H3PO4，其物料守恒關(guān)系式為：c（K+）3c（PO43）+ c（HPO42）+ c（H2PO4）+ c（H3PO4）3c（PO43）+ 3c（HPO42）+ 3c（H2PO4）+ 3c（H3PO4）答案：c（K+）3c（PO43）+ 3c（HPO42）+ 3c（H2PO4）+ 3c（H3PO4）例題2 寫出K3PO4 溶液中存在的質(zhì)子守恒關(guān)系式_。思路導(dǎo)航：在K3PO4溶液中，PO43結(jié)合一個(gè)質(zhì)子成為HPO42、結(jié)合兩個(gè)質(zhì)子成為H2PO4、結(jié)合三個(gè)質(zhì)子成為H3PO4，而水失去一個(gè)質(zhì)子成為OH，因此質(zhì)子守恒的關(guān)系式是：c（OH） c（H+）+ c（HPO42）+ 2c（H2PO）+ 3c（H3PO4）答案：c（OH） c（H+）+ c（HPO42）+ 2c（H2PO）+ 3c（H3PO4）例題3 在0.1 mol/L Na2CO3溶液中，下列等量關(guān)系正確的是（）A. c（OH） c（H+）+ c（HCO3）+ c（H2CO3）B. 2c（Na+） c（CO32）+ c（HCO3）+ c（H2CO3）C. c（Na+）+ c（OH） c（H+）+ 2c（CO32）+ 3c（HCO3）+ 4c（H2CO3）D. c（Na+）+ c（H+）c（HCO3）+ c（CO32）+ c（OH）思路導(dǎo)航：由質(zhì)子守恒知：A項(xiàng)正確的是c（OH） c（H+）+ c（HCO3）+ 2c（H2CO3），由物料守恒知：B項(xiàng)正確的是c（Na+） 2c（CO32）+ 2c（HCO3）+ 2c（H2CO3），由質(zhì)子守恒和物料守恒聯(lián)合推出C項(xiàng)正確，由電荷守恒知：D項(xiàng)正確的是c（Na+）+ c（H+）c（HCO3）+ 2c（CO32）+ c（OH）。答案：C 【總結(jié)提升】快速書寫質(zhì)子守恒的方法：第一步：確定溶液的酸堿性，溶液顯酸性，把氫離子濃度寫在左邊，反之則把氫氧根離子濃度寫在左邊。第二步：根據(jù)溶液能電離出的離子和溶液中存在的離子，來補(bǔ)全等式右邊。具體方法是，判斷溶液能直接電離出的離子是什么。然后選擇能電離產(chǎn)生氫離子或者水解結(jié)合氫離子的離子為基準(zhǔn)，用它和它電離或者水解之后的離子（這里稱為對(duì)比離子）做比較，是多氫還是少氫，多N個(gè)氫，就減去N倍的該離子（對(duì)比離子）濃度。少N個(gè)氫離子，就加上N倍的該離子（對(duì)比離子）。如碳酸氫鈉溶液（NaHCO3）顯堿性，所以把氫氧根離子濃度寫在左邊。首先，判斷出該溶液直接電離出的離子是鈉離子和碳酸氫根，而能結(jié)合氫離子或電離氫離子的是碳酸氫根。其次，以碳酸氫根為基準(zhǔn)離子（因?yàn)樘妓釟溻c直接電離產(chǎn)生碳酸氫根和鈉離子，而鈉離子不電離也不水解。）減去它電離之后的離子濃度，加上它水解生成的離子濃度。便是： c（OH）=c（H2CO3）c（CO32）+c（H+）例題1（廣東理綜）對(duì)于0.1 molL1的Na2SO3溶液，下列選項(xiàng)正確的是（）A. 升高溫度，溶液pH降低B. c（Na）2c（SO）c（HSO）c（H2SO3）C. c（Na）c（H）2c（SO）2c（HSO）c（OH）D. 加入少量NaOH固體，c（SO）與c（Na）均增大思路導(dǎo)航：溶液中存在亞硫酸根離子的水解平衡和水的電離平衡，溫度升高，鹽的水解程度增大，pH增大，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)是物料守恒，但鈉離子的濃度是后面三種離子濃度和的2倍，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)是電荷守恒，亞硫酸氫根離子濃度不能乘以2；D項(xiàng)加入氫氧化鈉，鈉離子濃度增大，氫氧根離子的濃度增大，亞硫酸根離子的水解平衡左移，亞硫酸根離子的濃度也增大。答案：D例題2（全國(guó)卷）用0.10 molL1的鹽酸滴定0.10 molL1 的氨水，滴定過程中不可能出現(xiàn)的結(jié)果是（）A. c（NH4+）c（Cl），c（OH）c（H+）B. c（NH4+）c（Cl），c（OH）c（H+）C. c（Cl）c（NH4+），c（OH）c（H+）D. c（Cl）c（NH4+），c（H+）c（OH）思路導(dǎo)航：溶液中不可能出現(xiàn)陰離子均大于陽(yáng)離子的情況，不遵循電荷守恒，故C項(xiàng)錯(cuò)。答案：C