谈谈电解质溶液中的守恒关系

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  【中图分类号】G632.479【文献标识码】A【文章编号】2236-1879(2018)01-0065-02
  一:溶液中的电荷守恒式
  向NaOH溶液中通入CO2,由于二氧化碳的通入量不同,可能出现以下几种情况:
  1.NaOHNa2CO3
  2.Na2CO3
  3.Na2CO3NaHCO3
  4.NaHCO3
  但不論哪种情况,由于溶液中离子种类相同,电荷守恒式一样,均为c(H+)+c(Na+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)。溶液中的电荷守恒式只与离子种类与离子所带的电荷数有关。
  二:溶液中的物料守恒式:
  溶液中的物料守恒式指的是原子之间的量关系。
  Na2CO3溶液中:c(Na+)=2[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
  NaHCO3溶液中:c(Na+)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)
  Na2CO3溶液与NaHCO3溶液中:
  以物质的量之比1:1混合:2c(Na+)=3[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
  以物质的量之比1:2混合:3c(Na+)=4[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
  以上溶液中的物料守恒式抓住的是钠离子与碳原子之间的物质的量关系。
  0.1mol/LNa2CO3溶液中物料守恒式也可写作
  C(CO32-)+C(HCO3-)+C(H2CO3)=0.1mol/L
  c(Na+)=0.2mol/L
  0.1mol/LNaHCO3溶液中物料守恒式也可写作
  c(Na+)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)=0.1mol/L
  0.1mol/LCH3COONa溶液中物料守恒也可为:
  c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=0.1mol/L
  如0.1mol/L氨水溶液中物料守恒也可为
  c(NH3)+c(NH3·H2O)+c(NH4+)=0.1mol/L
  amol/L氯气溶于水,水溶液中的物料守恒式为
  c(Cl-)+c(HClO)+c(ClO-)+2(Cl2)=2a
  c(Cl-)=c(HClO)+c(ClO-)
  三:溶液中质子守恒式:
  溶液中质子守恒式,可由物料守恒式与电荷守恒式推出;也可进一步考虑质子守恒就是H2O电离出的c(H+)H2O=c(OH-)H2O
  Na2CO3溶液中平衡关系:
  CO32-+H2O HCO3--+OH-
  HCO3-+H2O H2CO3+OH-
  H2O H++OH-
  C(H+)H2O=C(OH-)H2O
  而水电离出的H+一部分与CO32+结合生成HCO3-,一部分与CO32+结成H2CO3,一部分仍以H+存在,所以C(H+)H2O=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3),C(OH-)H2O=C(OH-),因而质子守恒式为:
  C(H+)H2O=c(H+)++c(HCO3-)+2c(H2CO3)=C(OH-)=C(OH-)H2O
  即:c(H+)++c(HCO3-)+2c(H2CO3)=C(OH-)
  NaHCO3溶液中平衡关系:
  HCO3- H++CO32-①
  HCO3-+H2O H2CO3+OH-②
  H2O H++OH-③
  溶液中c(OH-)=c(OH-)H2O=c(H+)③+c(H2CO3)=c(H+)H2O
  溶液中c(H+)=c(H+)③+c(H+)HCO3-
  c(H+)③=c(H+)-c(H+)HCO3-=c(H+)-c(CO32-)
  所以:c(OH-)=c(OH-)H2O=(H+)-c(CO32-)+c(H2CO3)=c(H+)H2O
  即:c(OH-)=(H+)-c(CO32-)+c(H2CO3)
  另外:Na2CO3溶液中质子守恒也可由电荷守恒或物料守恒两式相加减得
  ①c(Na+)=2[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
  ②c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
  ①②两式结合消去c(Na+),可得
  C(H+)=C(H+)H2O=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)=C(OH-)H2O5=C(OH-)
  NaHCO3溶液中质子守恒也可由电荷守恒或物料守恒两式相加减得
  ①c(Na+)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)
  ②c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
  ①②两式结合消去c(Na+),可得
  c(OH-)=c(OH-)H2O=c(H+)H2Oc=(H+)-cCO32-)+c(H2CO3)
  【小结】简单的质子守恒式可直接写,若较复杂的由电荷守恒式或物料守恒式两式相加减得。总而言之,如果一个守恒关系既不是电荷守恒式也不是物料守恒式那就是由二者推导得出。
  例1:室温下,向下列溶液中通入相应的气体至溶液pH=7(通入气体对溶液体积的影响可忽略),溶液中部分微粒的物质的量浓度关系正确的是( )
  A.向0.10mol/L NH4HCO3中溶液中通入CO2:c(NH4+)=c(HCO3-)+c(CO32-)
  B.向0.10mol/L NaHSO3中溶液中通入NH3:c(Na+)>c(NH4+)>c(SO32-)
  C.向0.10mol/L Na2SO3中溶液中通入SO2:c(Na+)=2[c(H2SO3)+c(HSO3-)+c(SO32-)]
  D.向0.10mol/L CH3COONa中溶液中通入HCl:c(Na+)>c(CH3COOH)=c(Cl-)
  解析:A.由NH4HCO3溶液中的物料守恒式可知:错误。
  B.由NaHSO3溶液中的物料守恒式及溶液中的电荷守恒式可得c(SO32-)-c(NH4+)=c(H2SO3)。
  C.由Na2SO3溶液中的物料守恒式可知:错误。
  D.由CH3COONa溶液中的物料守恒式及溶液中的电荷守恒式可得。
  例2:下列有关溶液中离子浓度关系的比较中不正确的是()
  A.饱和氯水中滴加0.1mol/L的NaOH溶液:c(OH-)+c(HClO)+2c(ClO-)=c(Na+)+c(H+)
  B.向20ml0.2mol/L的H2S溶液中逐滴加入0.2mol/L的NaOH溶液30ml,溶液中存在以下关系:c(S2-)+2c(OH-)=c(HS-)+2c(H+)+2c(H2S)
  C.PH相同的①CH3COONa,②NaClO二种溶液的c(Na+):①>②
  D.NaHSO3溶液中c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)
  解析:A:由氯水中的物料守恒式及电荷守恒式得知。
  B:混合液由等浓度的Na2S及NaHS组成,由物料守恒式及电荷守恒式得知:错误。
  C:酸性HAC>HClO,ClO-的水解程度大。
  D:HSO3-的电离程度大于水解程度。
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