苏教版化学选修4 专题3 第三单元 盐类的水解3 溶液中的三个守恒(学案)

虽然电解质在水溶液中可能发生电离、水解等多种变化，使各种分子、离子浓度的计算和比较变得错综复杂，但只要抓住“电荷守恒”“元素（物料）守恒”“质子守恒”这三个守恒关系，进行准确分析，这些问题就会迎刃而解。

一、电荷守恒

是指溶液中所有阳离子所带的正电荷总数与所有阴离子所带的负电荷总数相等。即溶液永远是电中性的，所以阳离子带的正电荷总量＝阴离子带的负电荷总量

1. 溶液必须保持电中性，即溶液中所有阳离子所带的电荷数等于所有阴离子所带的电荷数。

2. 除六大强酸、四大强碱外都水解，多元弱酸部分水解。产物中有分步水解产物。

3. 这个离子所带的电荷数是多少，离子前就写几。

例如：Na2CO3：c（Na+）+c（H+）=c（OH－）+c（HCO3－）+2c（CO3 2－）

写这个等式要注意两点：

1. 要准确判断溶液中存在的所有离子，不能漏掉。

2. 注意离子自身带的电荷数目。

例如：

NaHCO3溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= 2c（CO32－）+ c（HCO3－）+ c（OH－）

NaOH溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= c（OH－）

Na3PO4溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= 3c（PO43－）+ 2c（HPO42－）+ c（H2PO4－）+ c（OH －）

注意：

（1）正确分析溶液中存在的阴、阳离子是书写电荷守恒式的关键，需要结合电解质电离及盐类的水解知识，尤其是对多级电离或多级水解，不能有所遗漏。如Na2CO3溶液中存在如下电离和水解平衡：Na 2CO3= 2 Na+ +CO32－；CO32－+ H2O HCO3－+OH－；HCO3－+H2O

H 2CO3 +OH－；H2O H++OH－。

所以溶液中阳离子有：Na+、H+，阴离子有：CO32－、HCO3－、OH－。

（2）结合阴、阳离子的数目及其所带的电荷可以写出：

N（Na+）+N（H+）= 2N（CO32－）+ N（HCO3－）+ N（OH－）

（3）将上式两边同时除以N A得：n（Na+）+n（H+）=2n（CO32－）+ n（HCO3－）+ n （OH－）；再同时除以溶液体积V得：C（Na+）+C（H+）= 2C（CO32－）+ C（HCO3－）+ C （OH－），这就是Na2CO3溶液的电荷守恒式。

电荷守恒式即溶液中所有阳离子的物质的量浓度与其所带电荷乘积之和等于所有阴离子的物质的量浓度与其所带电荷的绝对值乘积之和。

二、物料守恒

即加入的溶质组成中存在的某些元素之间的特定比例关系，由于水溶液中一定存在水的H、O元素，所以物料守恒中的等式一定是非H、O元素的关系。

例如：

NH4Cl溶液：化学式中N：Cl=1：1，即得到c（NH4+）+ c（NH3•H2O）= c（Cl－）Na2CO3溶液：Na：C=2：1，即得到c（Na+）= 2c（CO32－+HCO3－+H2CO3）

NaHCO3溶液：Na：C=1：1，即得到c（Na+）= c（CO32－）+ c（HCO3－）+ c（H2CO3）写这个等式要注意，把所有含这种元素的粒子都要考虑在内，可以是离子，也可以是分

子。

物料守恒可以理解为原子守恒的另一种说法。“任一化学反应前后原子种类和数量分别保持不变”，可以微观地应用到具体反应方程式，也就是反应物元素原子（核）种类与总数相等于生成物。

1. 含特定元素的微粒（离子或分子）守恒；

2. 不同元素间形成的特定微粒比守恒；

3. 特定微粒的来源关系守恒。

示例：NaHCO3溶液

n（Na）：n（C）=1：1，如果HCO3－没有电离和水解，那么Na+和HCO3－浓度相等。

HCO3－会水解成为H2CO3，电离为CO32－（都是1：1反应，也就是消耗一个HCO3－，就产生一个H2CO3或者CO32－），那么守恒式中把Na+浓度和HCO3－及其产物的浓度和画等号（或直接看作钠与碳的守恒）：

即c（Na+）= c（HCO3－）+ c（CO32－）+ c（H2CO3）这个式子叫物料守恒

三、质子守恒

这是“追踪”溶液中H＋（质子）的“来龙去脉”而得到的关系式。即质子守恒就是酸失去的质子和碱得到的质子数目相同。

方法一：可以由电荷守恒和物料守恒关系联立得到。

NaHCO3溶液中存在下列等式

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3－）+2c（CO32－）+c（OH－）｛电荷守恒｝

c（Na+）=c（HCO3－）+c（CO32－）+c（H2CO3）｛物料守恒｝

两式相减得c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32－）+c（OH－），这个式子叫质子守恒。

方法二：酸碱质子理论

示例1：NaHCO3溶液

原始物种类：HCO3－、H2O

消耗质子产物H2CO3，产生质子产物CO32－、OH－

c（H+）=c（CO32－）+c（OH－）－c（H2CO3）即c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32－）+c （OH－）

关系：剩余的质子数目等于产生质子的产物数目－消耗质子的产物数目

直接用酸碱质子理论求质子平衡关系比较简单，但要细心；如果用电荷守恒和物料守恒关系联立得到则比较麻烦，但比较保险。

示例2：NaH2PO4溶液

原始物种类：H2PO4－，H2O

消耗质子产物：H3PO4，

产生质子产物：HPO42－（产生一个质子），PO43－（产生两个质子），OH－

所以：c（H+）=c（HPO42－）+2c（PO43－）+c（OH－）－c（H3PO4）

【典例精析】

例题1 写出K3PO4溶液中存在的物料守恒关系式___________________。

思路导航：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）

例题2 写出K3PO4 溶液中存在的质子守恒关系式___________________。

思路导航：在K3PO4溶液中，PO43－结合一个质子成为HPO42－、结合两个质子成为H2PO4