“守恒思想”在電解質(zhì)溶液中應(yīng)用

姜燕

“守恒”思想是化學學科重要的思想之一，它是以定量的角度觀察化學世界，在高中化學教學中是十分常用的一種解決問題的方法，是高中生在化學學習當中必須要掌握的一種能力，也是近年來高考重點考查的內(nèi)容之一。運用“守恒”的方法來解決學習中遇到的實際問題，能讓原本復(fù)雜的問題變得簡單化。在高中化學教學中，“守恒”的方法主要可以分為能量守恒、質(zhì)量守恒、電子（電荷）守恒等，下面以電解質(zhì)溶液為載體，闡述了如何運用“守恒”思想來解答學習中遇到的問題。

一、利用電子，電荷守恒及元素守恒解決電解質(zhì)溶液中離子方程式的書寫問題

1.指導判斷離子方式書寫是否正確

離子方程式書寫判斷正誤是高考選擇題的熱點之一，也是高中化學考察離子反應(yīng)的常規(guī)題型。很多同學沒有方法，盡管練習了很多，但準確率仍然不高。如何入手，涉及的點很多，要有元素化合物的知識做基墊，但離子反應(yīng)是否符合電荷守恒及元素守恒，若是氧化還原反應(yīng)是否符合得失電子是否守恒，這是判斷離子方程式正確與否的重要依據(jù)。

例1下列指定反應(yīng)的離子方程式正確的是（2016年江蘇高考卷5題）

A.將銅插入稀硝酸中：Cu+4H++2NO3–===Cu2++2NO2↑+H2O

B.向Fe2（SO4）3溶液中加入過量鐵粉：Fe3++Fe===2Fe2+

C.向Al2（SO4）3溶液中加入過量氨水：Al3++3NH3·H2O===Al（OH）3↓+3NH4+

D.向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸：Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+

分析：A，B選項涉及的是在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)：A選項不僅違背了化學反應(yīng)規(guī)律，同時H，O兩元素均不守恒，A項錯；B選項違背了得失電子守恒及電荷守恒，B項錯；C選型電荷及元素均守恒，改寫也正確，C項正確；D選項Na2SiO3是強電解質(zhì)，要寫成離子，D項錯。任何離子反應(yīng)均要遵循電荷守恒及元素守恒，氧化還原反應(yīng)還應(yīng)當遵循得失電子守恒。

2.指導電解質(zhì)溶液中離子方程式的書寫

高考試卷中，離子方程式的書寫越來越靈活，題目常以工藝流程，工藝生產(chǎn)為載體，根據(jù)條件書寫，對于考生是難點.用得失電子守恒，電荷及元素守恒進行指導，是書寫離子反應(yīng)書寫的重要法寶。

例2. +6價鉻的化合物毒性較大，常用NaHSO3將廢液中的Cr2O72?還原成Cr3+，反應(yīng)的離子方程式為（2016年新課標1卷27題節(jié)選）

分析：該題目考察的是電解質(zhì)在溶液中反生的氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫，首先按氧化還原的書寫方法寫出氧化劑，還原劑，氧化產(chǎn)物，還原產(chǎn)物組成氧化還原反應(yīng)的主要物質(zhì)，接著用得失電子守恒配平，讓該反應(yīng)遵循得失電子守恒，表示如下：3HSO3- + Cr2O72? =3SO42-+ 2Cr3+，最后用（H+）及（H2O）配平該反應(yīng)，讓該反應(yīng)遵循電荷守恒及元素守恒。表示為5H++3HSO3- + Cr2O72? =3SO42-+ 2Cr3++4H2O.，對于這種在溶液中發(fā)生的較為復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，用守恒思想來指導書寫，反應(yīng)變得容易很多。

二、用“三大守恒”解決電解質(zhì)溶液中的離子濃度的關(guān)系問題

1.電解質(zhì)溶液中的“三大守恒”分析

電荷守恒規(guī)律：電解質(zhì)溶液中，不論存在多少種離子，溶液總是呈電中性的，即陰離子所帶負電荷的總數(shù)一定等于陽離子所帶正電荷總數(shù).例如：Na2CO3溶液中存在著：Na+、H+、HCO3-、CO32-、OH-，必然有如下關(guān)系：c（Na+） + c（H+） = c（HCO3-） + 2c（CO32-） + c（OH-）。

物料守恒規(guī)律：電解質(zhì)溶液中，某些離子能夠水解，離子的種類增多，但原子總是守恒的。例如：Na2CO3溶液中CO32-可以發(fā)生兩步水解，故C元素CO32-，HCO3-，H2CO3三種形式存在，它們之間的守恒關(guān)系可表示為：c（Na+） = 2c（CO32-） + 2c（HCO3-） + 2c（H2CO3）。

質(zhì)子守恒規(guī)律：電解質(zhì)溶液中水電離出H+總數(shù)等于水電離出的OH-總數(shù)。例如：Na2CO3水溶液中的質(zhì)子守恒關(guān)系可表示為：c（H+）+ 2c（H2CO3） +c（HCO3-）=c（OH-）。

2.“三大守恒”的應(yīng)用

有關(guān)鹽類水解平衡與弱電解質(zhì)電離平衡考察是高考的必考點，其中三大守恒是一個考察熱點，對于學生來說不容易得分。以電解質(zhì)溶液為載體，將鹽類水解與電離平衡的知識充分融入三大守恒的綜合運用及離子濃度大小比較中，構(gòu)成了有關(guān)電解質(zhì)溶液中各離子濃度之間的關(guān)系題型。

例3：常溫下，Ka（HCOOH）=1.77×10﹣4，Ka（CH3COOH）=1.75×10﹣5，Kb（NH3·H2O）=1.76×10﹣5，下列說法正確的是（2017年江蘇高考選擇題）

A.濃度均為0.1 mol·L﹣1的 HCOONa和NH4Cl 溶液中陽離子的物質(zhì)的量濃度之和：前者大于后者； B.用相同濃度的NaOH溶液分別滴定等體積pH均為3的HCOOH和CH3COOH溶液至終點，消耗NaOH溶液的體積相等； C.0.2 mol·L﹣1 HCOOH 與 0.1 mol·L﹣1 NaOH 等體積混合后的溶液中：c（HCOO﹣）+c（OH﹣）=c（HCOOH）+c（H+）； D.0.2 mol·L﹣1 CH3COONa 與 0.1 mol·L﹣1鹽酸等體積混合后的溶液中（pH<7）：c（CH3COO﹣）>c（Cl﹣）>c（CH3COOH）>c（H+）

分析：該題是電解質(zhì)溶液中三大守恒的綜合應(yīng)用。A選項電離平衡常數(shù)越大，其離水解程度越小，根據(jù)電離平衡常數(shù)知，其離子水解程度：CH3COO﹣>NH4+>HCOO﹣，利用電解質(zhì)溶液中存在電荷守恒，得出c（HCOO﹣）+c（OH﹣）=c（Na+）+c（H+）=0.1mol/L+c（H+）；c（NH4+）+c（H+）=c（Cl﹣）+c（OH﹣）=0.1mol/L+c（OH﹣），水解程度NH4+>HCOO﹣，所以前者c（H+）大于后者c（OH﹣），A項正確；B選項pH相同的HCOOH和CH3COOH，其濃度：c（HCOOH）

變式：298K時，在20.0mL 0.10mol·L﹣1氨水中滴入0.10 mol·L﹣1的鹽酸，溶液的pH與所加鹽酸的體積關(guān)系如圖所示（圖略）（圖中橫坐標表示鹽酸的體積，縱坐標表示溶液的pH值，M點對應(yīng)的pH值為7，N點為氨水pH值的起始點，根據(jù)圖像所加）。已知0.10 mol·L﹣1氨水的電離度為1.32%，下列有關(guān)敘述正確的是（2016年新課標1卷12題）.

A.該滴定過程應(yīng)該選擇酚酞作為指示劑； B.M點對應(yīng)的鹽酸體積為20.0 mL

C.M點處的溶液中c（NH4+）=c（Cl-）=c（H+）=c（OH-） ；D.N點處的溶液中pH<12

分析：該題是電荷守恒融入鹽類水解及弱電解質(zhì)電離平衡知識的綜合考察題型。A選項向氨水當中滴加稀鹽酸，兩者等物質(zhì)的量反應(yīng)則達到滴定終點，產(chǎn)物為NH4Cl，其溶液顯酸性，應(yīng)選擇在酸性范圍內(nèi)變色的指示劑甲基橙，A錯； B選項鹽酸體積為20mL時恰好反應(yīng)生成NH4Cl，該物質(zhì)水解呈酸性，溶液pH小于7，而M點處pH=7，故B項錯誤；C選項根據(jù)電荷守恒：c（NH4+）+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-），因為M點溶液pH=7，溶液中c（H+）=c（OH-），則c（NH4+）=c（Cl-），但H+， OH-來源于說的電離及氨水的電離平衡與NH4Cl的水解平衡，濃度很小，一定少于NH4+及Cl-的濃度，C項錯；D選項若開始時pH為12，則對應(yīng)氨水的電離度為應(yīng)10%，由于題中給出氨水電離度為1.32%，遠低于10%，則pH應(yīng)小于12，故D正確。

三、用電子守恒及電荷守恒解決電解質(zhì)溶液中的有關(guān)計算問題

利用守恒的思想解決有關(guān)化學計算的問題，尤其是解決復(fù)雜多步反應(yīng)，混合溶液的計算問題，不僅可以簡化計算過程，讓計算變得更加簡單，而且還可以讓思路更加清晰明了，在計算中應(yīng)用最為廣泛。

例4.某鐵的氧化物（FexO）1.52 g溶于足量鹽酸中，向所得溶液中通入標準狀況下112 ml Cl2，恰好將Fe2+完全氧化。x值為（2016年高考上卷海）

A.0.80 ；B.0.85；C.0.90；D.0.93

分析：該題考察的是在溶液中發(fā)生的氧化還原有關(guān)計算問題。由于x值的不確定，從化學方程式入手解決該題很麻煩，利用得失電子守恒，此題的計算迎刃而解。根據(jù)得失電子守恒，F(xiàn)exO被氧化為Fe3+轉(zhuǎn)移的電子數(shù)和Cl2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等.標準狀況下112mL Cl2轉(zhuǎn)移電子數(shù)為 0.12L/22.4L·mol×2=0.01mol.則有： 1.52g/（56X+16）g·mol×（3﹣2/X）×x=0.01mol，解得x=0.8，故選：A.

變式：某地酸雨經(jīng)檢驗，除H+ 和OH-外，還有Na+、Cl-、NH4+、SO42-，其物質(zhì)的量濃度依次為：c（Na+）=7.0×10-6mol/L、c（Cl-）=3.5×10-5mol/L、c（NH4+）=2.3×10-5mol/L、c（SO42-）=2.5×10-6mol/L。則酸雨的pH值為

分析：該題先解決電解質(zhì)溶液H+濃度，再求溶液的PH值。H+的計算利用電荷守恒，便可以輕松解決。設(shè)c（H+）為x，列方程：7.0×10-6×1+2.3×10-5×1+x=3.5×10-5×1+2.5×10-6×2，可解c（H+）=1×10-5mol/L，溶液pH=5.

守恒的思想來解決化學問題，讓很多需要量化的化學問題，繁瑣的化學計算，抽象的電解質(zhì)溶液中離子濃度變得清晰明了，但由于其靈活性，同學們只有再今后的學習中多想多練，才能靈活運用。