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在高考试题中,经常会出现弱酸弱碱及其盐溶液中离子浓度关系的问题,同学们在分析这类试题时, 常常想到电荷守恒和原子守恒(也称物料守恒),往往忽略了另一个守恒——质子(H+)守恒.利用溶液中的质子守恒,许多判断离子浓度关系的问题将迎刃而解.本文以弱酸弱碱及其盐溶液为例,探讨了如何利用溶液中的质子守恒,书写或判断离子浓度的关系,并介绍了一种直观、简捷的确定质子守恒关系式的方法.
一、质子守恒关系
所谓质子守恒,是指在弱酸弱碱及其盐溶液中,原始组分结合质子的总数(浓度)等于原始组分释放质子的总数(浓度).即:
Σi种组分结合质子的总数(浓度)=Σj种组分释放质子的总数(浓度)
1.弱酸弱碱溶液
例如:在H2CO3溶液中,结合H+的原始组分:
则结合H+的浓度=c(H3O+ )=c(H+ )(下同)
释放H+的原始组分包括:
(2)H2O, 释放1个H+变为OH-
则释放H+的浓度=c(HCO-3 )+
2c( CO2-3)+c(OH-)
依 H+守恒有:
值得注意的是:作为溶剂的H2O,既是得H+体,又是失H+体,这可以从水分子的质子自递反应中得到启示:
H2O+H2O H3O++OH-
弱碱溶液的分析方法与之类似,不一一列举.
不难发现:弱酸和弱碱的H+守恒式与其电荷守恒式相同.
2.弱酸(弱碱)的盐溶液
正盐溶液的情况相对简单,而酸式盐及弱酸弱碱形成的盐溶液较为复杂.现以(NH4)2S溶液为例,进行分析:
结合H+的原始组分包括:
(1)S2-,结合1个H+变 为HS-
(2)H2O,结合1个H+变 为H3O+
则结合H+的浓度=c(HS-)+2c(H2S )+c(H+)
释放H+的原始组分包括:
(1)NH+4,释放1个H+变为NH3
(2)H2O, 释放1个H+变为OH-
则释放H+的浓度=c( NH3·H2O)+c(OH-),
依H+守恒有:
二、快速确定质子守恒关系式的方法
确定质子守恒关系式的方法有多种,现以NaH2PO4溶液为例,介绍一种比较直观、简捷的方法.
第一步:确定基准组分.基准组分必须能结合或释放H+,必须是溶液中的起始组分.本例中的基准组分为H2PO-4和H2O.
第二步:写出基准组分结合或释放H+后变成的新组分与基准组分的关系,绘出示意图1.
第三步:依H+守恒写出关系式.
注意:PO3-4的浓度系数为2.
跟踪训练题:
(1)写出H3PO4、氨水、Na2CO3、和NH4HS溶液中的质子(H+)守恒关系式.
(2)下列叙述正确的是( )
(A) 0.1 moL/L氨水中,c(OH-)=
(B) 10 mL 0.02 moL/L HCl溶液与10 mL 0.02 moL/L Ba(OH)2溶液充分混合,若混合后溶液的体积为20 mL,则溶液的pH=12
(C) 在0.1 moL/LCH3COONa溶液中,
(D) 0.1moL/L某二元弱酸强碱盐NaHA溶液中,
答案:
(1)c( H+)=c( H2PO-4)+
(2)正确选项:(B)(C).
剖析:利用溶液中的质子守恒可知:
在氨水中,NH3·H2O结合1个H+变为NH+4
NH3·H2O+H+NH+4+H2O.
H2O
结合1个H+变为H3O+,H2O+H+H3O+.
H2O释放1个H+变为OH- , H2OH3O++OH-,
所以c(NH+4)+c(H+)=c(OH-),(A)错误.
在CH3COONa溶液中, CH3COO-结合1个H+变为CH3COOH.
H2O结合1个H+变为H3O+,H2O+H+H3O+.
H2O释放1个H+变为OH-,H2OH3O++OH-.
所以c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH),(C)正确,
(B)选项通过计算可知正确,
(D)选项物料守恒关系式c(Na+)=c(A2-)+c(HA-)+c(H2A),因此(D)错误.
电荷守恒、原子守恒和质子守恒是溶液中的三大守恒,是我们解决溶液问题的核心.上文从学生容易忽略的质子守恒入手,详细的介绍了一种直观、简捷的确定质子守恒关系式的方法.利用这种确定基准组分的方法可以准确、快捷的书写和判断出溶液中离子浓度的关系.
湖北省十堰市郧阳中学 (442000)
一、质子守恒关系
所谓质子守恒,是指在弱酸弱碱及其盐溶液中,原始组分结合质子的总数(浓度)等于原始组分释放质子的总数(浓度).即:
Σi种组分结合质子的总数(浓度)=Σj种组分释放质子的总数(浓度)
1.弱酸弱碱溶液
例如:在H2CO3溶液中,结合H+的原始组分:
则结合H+的浓度=c(H3O+ )=c(H+ )(下同)
释放H+的原始组分包括:
(2)H2O, 释放1个H+变为OH-
则释放H+的浓度=c(HCO-3 )+
2c( CO2-3)+c(OH-)
依 H+守恒有:
值得注意的是:作为溶剂的H2O,既是得H+体,又是失H+体,这可以从水分子的质子自递反应中得到启示:
H2O+H2O H3O++OH-
弱碱溶液的分析方法与之类似,不一一列举.
不难发现:弱酸和弱碱的H+守恒式与其电荷守恒式相同.
2.弱酸(弱碱)的盐溶液
正盐溶液的情况相对简单,而酸式盐及弱酸弱碱形成的盐溶液较为复杂.现以(NH4)2S溶液为例,进行分析:
结合H+的原始组分包括:
(1)S2-,结合1个H+变 为HS-
(2)H2O,结合1个H+变 为H3O+
则结合H+的浓度=c(HS-)+2c(H2S )+c(H+)
释放H+的原始组分包括:
(1)NH+4,释放1个H+变为NH3
(2)H2O, 释放1个H+变为OH-
则释放H+的浓度=c( NH3·H2O)+c(OH-),
依H+守恒有:
二、快速确定质子守恒关系式的方法
确定质子守恒关系式的方法有多种,现以NaH2PO4溶液为例,介绍一种比较直观、简捷的方法.
第一步:确定基准组分.基准组分必须能结合或释放H+,必须是溶液中的起始组分.本例中的基准组分为H2PO-4和H2O.
第二步:写出基准组分结合或释放H+后变成的新组分与基准组分的关系,绘出示意图1.
第三步:依H+守恒写出关系式.
注意:PO3-4的浓度系数为2.
跟踪训练题:
(1)写出H3PO4、氨水、Na2CO3、和NH4HS溶液中的质子(H+)守恒关系式.
(2)下列叙述正确的是( )
(A) 0.1 moL/L氨水中,c(OH-)=
(B) 10 mL 0.02 moL/L HCl溶液与10 mL 0.02 moL/L Ba(OH)2溶液充分混合,若混合后溶液的体积为20 mL,则溶液的pH=12
(C) 在0.1 moL/LCH3COONa溶液中,
(D) 0.1moL/L某二元弱酸强碱盐NaHA溶液中,
答案:
(1)c( H+)=c( H2PO-4)+
(2)正确选项:(B)(C).
剖析:利用溶液中的质子守恒可知:
在氨水中,NH3·H2O结合1个H+变为NH+4
NH3·H2O+H+NH+4+H2O.
H2O
结合1个H+变为H3O+,H2O+H+H3O+.
H2O释放1个H+变为OH- , H2OH3O++OH-,
所以c(NH+4)+c(H+)=c(OH-),(A)错误.
在CH3COONa溶液中, CH3COO-结合1个H+变为CH3COOH.
H2O结合1个H+变为H3O+,H2O+H+H3O+.
H2O释放1个H+变为OH-,H2OH3O++OH-.
所以c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH),(C)正确,
(B)选项通过计算可知正确,
(D)选项物料守恒关系式c(Na+)=c(A2-)+c(HA-)+c(H2A),因此(D)错误.
电荷守恒、原子守恒和质子守恒是溶液中的三大守恒,是我们解决溶液问题的核心.上文从学生容易忽略的质子守恒入手,详细的介绍了一种直观、简捷的确定质子守恒关系式的方法.利用这种确定基准组分的方法可以准确、快捷的书写和判断出溶液中离子浓度的关系.
湖北省十堰市郧阳中学 (442000)