電解質(zhì)溶液三大守恒的書寫困擾與解決方法

林雪鈴 鄭柳萍

摘?要：“三大守恒”（電荷守恒、物料守恒和質(zhì)子守恒）是高中化學(xué)電解質(zhì)溶液教學(xué)的重點和難點之一，以此為基礎(chǔ)的考點如離子濃度大小的比較，在全國各地高考試題中的出現(xiàn)率幾乎100%。然而大多數(shù)學(xué)生卻因為“三大守恒”存在書寫困擾導(dǎo)致無法解題或判斷失誤，因此本文歸納了目前多數(shù)學(xué)生存在的書寫困擾問題，并提出相應(yīng)的解決方法，運用于教學(xué)實踐后發(fā)現(xiàn)學(xué)生較容易理解和掌握，效果良好。

關(guān)鍵詞：三大守恒;離子濃度;基準(zhǔn)法

一、 電荷守恒

（一）書寫困擾

①易漏寫離子。

②什么地方該乘系數(shù)？

（二）解決方法

①電荷守恒是指電解質(zhì)的水溶液中，陽離子所帶的總電荷數(shù)等于陰離子所帶的總電荷數(shù)。其中，不僅有溶質(zhì)電離的離子，溶劑水作為弱電解質(zhì)也會電離出H+和OH-，同時要注意有些離子還能繼續(xù)電離（如HCO-3）。所以學(xué)生在書寫電荷守恒時，可以通過寫出溶液中存在的電離和水解方程式輔助判斷。

②面對電荷守恒的系數(shù)問題，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)著重強調(diào)：既然電荷守恒的本質(zhì)是溶液中離子帶有的陰陽電荷相等，那么就必須注意離子能帶多少電荷。例：碳酸氫鈉（NaHCO3）溶液，第一步，找種類，列等式，一般為左陽右陰。溶液存在的離子種類有：Na+、H+、HCO-3、CO2-3和OH-，可列出等式：c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（CO2-3）+c（OH-）。第二步：乘電荷，發(fā)現(xiàn)1個CO2-3帶兩個負(fù)電荷，即帶有的電荷是它濃度的兩倍，因此c（CO2-3）前乘2，得到電荷守恒等式：c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+2c（CO2-3）+c（OH-）。

（三）如何運用

由于電荷守恒需要考慮水的電離，因此電荷守恒等式中肯定會出現(xiàn)H+和OH-，而它們的相對大小正好反應(yīng)了溶液的酸堿性，所以電荷守恒就可以應(yīng)用于給定pH時，比較其他離子的濃度大小。

【例】?將未知濃度體積的CH3COOH溶液與NaOH溶液混合，溶液呈酸性，那么c（Na+）????c（CH3COO-）（填“>”“<”或“=”）。

解析：不管濃度體積多少，該混合溶液中存在的所有離子都為Na+、H+、CH3COO-和OH-，則對應(yīng)存在的電荷守恒為：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）。溶液呈酸性，即c（H+）>c（OH-），根據(jù)等式可得c（Na+）

注：若混合后溶液呈堿性，則c（H+）c（CH3COO-）。如果這四個離子濃度要按大小排序，根據(jù)溶液的酸堿性，c（H+）和c（OH-）可以比較，c（Na+）和c（CH3COO-）也可以比較，但處于第二、三位的沒辦法比較，沒有定量的情況下大于、小于和等于都有可能。

二、 物料守恒

（一）書寫困擾

①守恒找不到目標(biāo)，無從下手。

②系數(shù)與比例找不對，為什么系數(shù)總是寫反？

（二）解決方法

①物料守恒是指一個平衡體系中，某一組分的總濃度一定等于它所電離或水解成的各種離子的平衡濃度之和。較多學(xué)生在概念上有些理解困難，比例關(guān)系具體列的依據(jù)是什么呢？因此，教師在教學(xué)中，應(yīng)強調(diào)物料守恒探討的對象是溶質(zhì)，與溶劑水無關(guān)，在等式中根本不會出現(xiàn)水電離的H+和OH-，所以物料守恒的關(guān)鍵在于找準(zhǔn)原始溶液中非氫非氧元素的比例。如碳酸鈉（Na2CO3）溶液，第一步，找出非氫非氧元素，肯定是Na和C，其中NaC=21，即Na=2C，而溶液中的部分CO2-3會分步水解成HCO-3和H2CO3，所以C存在的形式有CO2-3、HCO-3和H2CO3，那么就可以列出等式：c（Na+）=2【c（CO2-3）+c（HCO-3）+c（H2CO3）】。

②由以上可知，物料守恒的系數(shù)是以非氫非氧元素的比例交叉相乘得到的，所以在列等式的時候，就必須先把比例列對。比如碳酸氫鈉（NaHCO3）溶液和碳酸鈉（Na2CO3）溶液等濃度等體積1∶1混合時，找出非氫非氧元素：Na和C，在兩份溶質(zhì)等物質(zhì)的量下，NaC=32，再交叉相乘展開，即2Na=3C，C存在的形式有CO2-3、HCO-3和H2CO3，列出等式：2c（Na+）=3【c（CO2-3）+c（HCO-3）+c（H2CO3）】，物料守恒就寫完了。但還是要注意，C的所有存在形式要以中括號圍起，它們是一個整體。所以遇到題目去掉中括號時就應(yīng)該變成：2c（Na+）=3c（CO2-3）+3c（HCO-3）+3c（H2CO3），C每個系數(shù)前要均勻分配3。因此物料守恒的關(guān)鍵是找到溶質(zhì)的非氫非氧元素，有了目標(biāo)再列出比例式，從而配上系數(shù)，扎實書寫就不會混亂。

（三）如何運用

通常在題目里看到等式中沒有出現(xiàn)c（H+）與 c（OH-），很可能就是物料守恒，它可以輔助判斷溶液中離子濃度的變化關(guān)系。

【例】?對于0.1mol/LNa2SO3溶液，下列說法正確的是（??）

A. 升高溫度，溶液的pH降低

B. c（Na+）=2c（SO2-3）+c（HSO-3）+c（H2SO3）

C. c（Na+）+c（H+）=2c（SO2-3）+2c（HSO-3）+c（OH-）

D. 加入少量NaOH固體，c（SO2-3）與c（Na+）均增大

解析：Na2SO3屬于強堿弱酸鹽，SO2-3會發(fā)生分步水解：SO2-3+H2OHSO-3+OH-，HSO-3+H2OH2SO3+OH-。A選項中，水解屬于吸熱反應(yīng)，升溫促水解，平衡正向移動，c（OH-）增大，pH升高，故A錯。B、C選項考查守恒等式的書寫，B中等式不含c（H+）與c（OH-），是非氫非氧元素——Na和S的物料守恒，首先列出Na和S的比例式：NaS=21，交叉相乘得Na=2S，S的存在形式有SO2-3、HSO-3和H2SO3，因此列出等式：c（Na+）=2【c（SO2-3）+c（HSO-3）+c（H2SO3）】，對應(yīng)B應(yīng)為：c（Na+）=2c（SO2-3）+2c（HSO-3）+2c（H2SO3），故錯在系數(shù)。C等式中含有溶液中的所有離子，因此為電荷守恒，其中一個SO2-3帶兩個電荷，所以c（SO2-3）前乘2，但一個HSO-3只帶一個電荷，不用乘2?？梢钥闯鯞、C兩個選項重點考查守恒等式的系數(shù)。D選項中，加入NaOH固體，c（Na+）和 c（OH-）增大，由于c（OH-）增大，水解平衡逆向移動，抑制水解，c（SO2-3）增大，故D對。

三、 質(zhì)子守恒

（一）書寫困擾

①質(zhì)子守恒到底怎么列？

②混合溶液時又該怎么列？

③什么時候要乘“系數(shù)”？

（二）解決方法

①質(zhì)子守恒是指在水溶液中由水電離的H+永遠(yuǎn)等于由水電離的OH-，即c（H+）=c（OH-）。但在會發(fā)生水解的鹽溶液中，如CH3COONa溶液，由于CH3COO-會和水電離出的H+結(jié)合生成弱電解質(zhì)CH3COOH，所以水電離的H+有一部分存在于CH3COOH分子中，于是就可以列出c（H+）+c（CH3COOH）=c（OH-）。對于這樣簡單的單一溶液列式，學(xué)生也能夠較好的理解。

但若遇到混合溶液，這樣定義的列式就會開始出現(xiàn)混亂。所以教師在教學(xué)過程中，可以以“基準(zhǔn)法”規(guī)范列式，即分為兩步。第一步，找基準(zhǔn)，即體系中參與H+傳遞的物質(zhì)。第二步：根據(jù)得失H+個數(shù)相等列等式。

還是以CH3COONa溶液為例，先找基準(zhǔn)，其中只有CH3COO-和H2O會參與H+傳遞，可以通過畫圖形展現(xiàn)：如圖1，CH3COO-會跟H+結(jié)合生成CH3COOH，而H2O既可以失H+生成OH-，也可以得H+生成H3O+。不難發(fā)現(xiàn)H2O到OH-丟的H+其實都在CH3COOH和H3O+中，所以根據(jù)得失H+相等，就可以得到這樣的等式：c（CH3COOH）+c（H3O+）=c（OH-），但在中學(xué)階段，一般將H3O+寫成H+，即 c（CH3COOH）+c（H+）=c（OH-）。因此，可以將“基準(zhǔn)法”列一個標(biāo)準(zhǔn)格式為：c（H+）+c（基準(zhǔn)得H+產(chǎn)物）=c（OH-）+c（基準(zhǔn)失H+產(chǎn)物）。

②再是混合溶液，目前高考只要求兩種溶質(zhì)的溶液混合，可以先把兩種溶質(zhì)的質(zhì)子守恒分開考慮。如在CH3COONa和CH3COOH等體積等濃度1∶1混合溶液中，如圖2所示：在CH3COONa溶液中，基準(zhǔn)（參與H+傳遞的）分別是CH3COO-、H2O，CH3COO-得H+生成CH3COOH，H2O得H+生成H3O+（H+），失H+得OH-。質(zhì)子守恒式為c（H+）+c（CH3COOH）=c（OH-）。在CH3COOH溶液中，基準(zhǔn)（參與H+傳遞的）分別是CH3COOH、H2O，CH3COOH失H+生成CH3COO-，H2O得H+生成H3O+（H+），失H+得OH-，質(zhì)子守恒式為c（H+）=c（OH-）+c（CH3COO-）。再將以上兩個結(jié)果合并得到2c（H+）+c（CH3COOH）=2c（OH-）+c（CH3COO-）。

結(jié)果可以總結(jié)為兩種溶質(zhì)混合溶液的基準(zhǔn)法格式：2c（H+）+c（基準(zhǔn)得H+產(chǎn)物）=2c（OH-）+c（基準(zhǔn)失H+產(chǎn)物）。

③什么時候要乘系數(shù)呢？先以Na2S溶液為例，第一步，找基準(zhǔn)：S2-、H2O，其中一個S2-會得一個H+變成HS-，得兩個H+生成H2S，如圖3。第二步，代入列式可得質(zhì)子守恒式為：c（H+）+c（HS-）+2c（H2S）=c（OH-），其中c（H2S）前有系數(shù)2是因為該溶液的基準(zhǔn)為S2-，S2-是通過得了兩次H+才生成H2S，即 c（H2S）是得到2倍H+后的產(chǎn)物，自然要變成 2c（H2S）。再來看NaHS溶液，第一步，找基準(zhǔn)：HS-、H2O，其中HS-會得一個H+變成H2S，會失去一個H+變成S2-，如圖4。第二步，代入列式可得質(zhì)子守恒式為：c（H+）+c（H2S）=c（OH-）+c（S2-）。

由此對比可發(fā)現(xiàn)，雖然Na2S溶液和NaHS溶液的微粒種類一樣，寫出的電荷守恒也一樣，但質(zhì)子守恒是在溶液原本提供的微?；A(chǔ)上分析得失H+的，所以基準(zhǔn)物不一樣，以基準(zhǔn)微粒分析的得失H+個數(shù)自然也不同。因此，單一溶液的質(zhì)子守恒的系數(shù)是取決于基準(zhǔn)物得失的H+次數(shù)。

（三）如何運用

質(zhì)子守恒常用來比較溶液中微粒的水解和電離程度。

【例】?濃度均為0.1mol/L的CH3COOH與CH3COONa溶液等體積混合后溶液顯酸性，則 c（CH3COOH）????c（CH3COO-）（填“>”“<”或“=”），即該混合溶液中CH3COOH的電離程度????CH3COO-的水解程度（填“>”“<”或“=”）。

解析：可以寫出混合溶液的質(zhì)子守恒式為 2c（H+）+c（CH3COOH）=2c（OH-）+c（CH3COO-）。此時溶液顯酸性，則c（H+）>c（OH-），可推出c（CH3COOH）

作者簡介：

林雪鈴，鄭柳萍，福建省福州市，福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院。