逍遥学能 2015-11-22 13:03
一、电荷守恒
电解质溶液中不论存在多少种离子，溶液总是呈电中性的，就是说阳离子所带的正电荷总数一定等于阴离子所带负电荷的总数，这就是电荷守恒规律。在应用这个定律时，要明确溶液呈电中性和溶液呈中性是两个不同的概念，因为只有当c(H+)＝c(OH－)时，溶液才呈中性。
例如：NaHCO3溶液中存在着：c (Na+) + c (H+) ＝ c (HCO3－) + c (OH－) + 2c (CO32—)
解析：溶液中存在有以下电离：NaHCO3＝Na+ ＋ HCO3－、HCO3－H+ ＋ CO32－、H2OH+ ＋ OH－和水解：HCO3－ ＋H2OH2CO3 ＋OH－，所以溶液中存在Na+、H+、HCO3－、CO32－、OH－ 这些离子，阳离子所带正电荷总数为：c (Na+) + c (H+)，由于CO32－带两个单位负电荷，故阴离子所带电荷总数为 c (HCO3－) + c (OH－)+ 2c (CO32—)。根据电荷守恒，必然有如下关系：c (Na+) + c (H+) ＝ c (HCO3－) + c (OH－) + 2c (CO32—)
电荷守恒的应用举例：
例题1.某地的雨水呈酸性，取其少量进行检测，其中含各离子的物质的量浓度分别为：c (Na+)＝5.0×10－5mol·L－1，c(Cl－)＝7.1×10－5mol·L－1， c(SO42－)＝4.5×10－6mol·L－1，c (NH4+)＝1.0×10－6mol·L－1，则雨水中氢离子的物质的量浓度是多少？
解析：该题可采用电荷守恒法：c (Na+) + c (NH4+)+ c (H+)酸+ c (H+)水 ＝ c (OH－)水 + c(Cl－) +2c (SO42－)，由于溶液显酸性，c (OH－)水 很小，且有：c (H+)水 ＝ c (OH－)水 ，即由水电离出来的氢离子和氢氧根离子的数目相等，故可以略去不计。代入数据有：
5.0×10－5mol·L－1＋1.0×10－6mol·L－1＋c (H+)
＝7.1×10－5mol·L－1＋2×4.5×10－6mol·L－1，解得：c (H+) ＝2.9×10－5mol·L－1
答案：c (H+) ＝2.9×10－5mol·L－1
点拨：在解答此题时有的学生往往列出：c (Na+) + c (NH4+)+ c (H+)＝c(Cl－) ＋c (SO42－)而导致计算产生错误，究其原因是对电荷守恒没有理解透彻。电荷守恒是用离子的浓度或物质的量来表示电荷关系的，所以不仅要考虑离子的浓度或物质的量，还要考虑离子所带的电荷。
二、物料守恒
在电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子的种类可能增多，但原子总是守恒的。例如Na2S溶液中，存在如下电离：Na2S＝2Na+ + S2－、H2OH+ + OH－和水解：
S2－+H2OHS－ + OH－、HS－+H2OH2S + OH－，因此S元素以S2－、HS－、H2S三种形式存在，但不管如何，Na原子的物质的量总是S原子物质的量的2倍。根据物料守恒，必然有：c (Na+) ＝2[ c (S2－) + c (HS－) + c (H2S) ]＝ 2 c (S2－) + 2c (HS－) + 2c (H2S)
例题2. 写出K3PO4 溶液中存在的物料守恒关系式___________________。
解析：在K3PO4 溶液中，PO43－部分水解成HPO42－、H2PO4－、H3PO4，其物料守恒关系式为：c(K+) ＝3[c (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)
三、质子守恒
质子守恒是指电解质溶液中的粒子电离出的H+的总数等于粒子接收的H+的总数再加上游离的H+的总数。或者理解为电解质溶液中的分子或离子得到或失去的质子的物质的量相等。如Na2S溶液中的质子转移示意图：
由上图不难看出质子守恒的关系式为：
c (H3O＋) + c (HS－) + 2c (H2S) ＝ c (OH－)或 c (H＋) + c (HS－) + 2c (H2S) ＝ c (OH－)
实际上，质子守恒也可根据电荷守恒和物料守恒联合求出：
在Na2S溶液中的电荷守恒： c (Na+) + c (H+) ＝ c (OH－) + c (HS－) + 2 c (S2－)
在Na2S溶液中的物料守恒： c (Na+) ＝ 2 c (S2－) + 2c (HS－) + 2c (H2S)
将这两式合起来化简得： c (OH－) ＝ c (H+) + c(HS－) + 2c (H2S)
例题3. 写出K3PO4 溶液中存在的质子守恒关系式___________________。
解析：在K3PO4 溶液中，PO43－结合一个质子成HPO42－、结合俩个质子成H2PO4－、结合叁个成H3PO4，而水结合一个质子成H3O＋、失去一个质子成OH－，因此质子守恒的关系式是：c (OH－) ＝ c (H+) + c (HPO42－) + 2c (H2PO4－) + 3c (H3PO4)。
答案：c (OH－) ＝ c (H+) + c (HPO42－) + 2c (H2PO4－) + 3c (H3PO4)。
例题4. 在K2CO3溶液中，下列等量关系正确的是：
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－)
解析：由质子守恒知：A项正确的是 c (OH－) ＝ c (H+) + c (HCO3－) + 2c (H2CO3)，由物料守恒知：B项正确的是 c (Na+) ＝ 2c (CO32－) + 2c (HCO3－) + 2c (H2CO3)，由质子守恒和物料守恒联合推出C项正确，由电荷守恒知：D项正确的是c (Na+) + c (H＋) ＝c (HCO3－) + 2c (CO32－) + c (OH－)。
答案：C
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