高中化學(xué) 專題3 溶液中的離子反應(yīng) 第三單元 鹽類的水解 3 溶液中的三個(gè)守恒學(xué)案 蘇教版選修4.doc
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溶液中的三個(gè)守恒 【考點(diǎn)精講】 雖然電解質(zhì)在水溶液中可能發(fā)生電離、水解等多種變化,使各種分子、離子濃度的計(jì)算和比較變得錯(cuò)綜復(fù)雜,但只要抓住“電荷守恒”“元素(物料)守恒”“質(zhì)子守恒”這三個(gè)守恒關(guān)系,進(jìn)行準(zhǔn)確分析,這些問題就會(huì)迎刃而解。 一、電荷守恒 是指溶液中所有陽離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。即溶液永遠(yuǎn)是電中性的,所以陽離子帶的正電荷總量=陰離子帶的負(fù)電荷總量 1. 溶液必須保持電中性,即溶液中所有陽離子所帶的電荷數(shù)等于所有陰離子所帶的電荷數(shù)。 2. 除六大強(qiáng)酸、四大強(qiáng)堿外都水解,多元弱酸部分水解。產(chǎn)物中有分步水解產(chǎn)物。 3. 這個(gè)離子所帶的電荷數(shù)是多少,離子前就寫幾。 例如:Na2CO3:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO3 2-) 寫這個(gè)等式要注意兩點(diǎn): 1. 要準(zhǔn)確判斷溶液中存在的所有離子,不能漏掉。 2. 注意離子自身帶的電荷數(shù)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)正確分析溶液中存在的陰、陽離子是書寫電荷守恒式的關(guān)鍵,需要結(jié)合電解質(zhì)電離及鹽類的水解知識(shí),尤其是對(duì)多級(jí)電離或多級(jí)水解,不能有所遺漏。如Na2CO3溶液中存在如下電離和水解平衡:Na2CO3= 2 Na+ +CO32-;CO32-+ H2OHCO3-+OH-;HCO3-+H2OH2CO3 +OH-;H2OH++OH-。 所以溶液中陽離子有:Na+、H+,陰離子有:CO32-、HCO3-、OH-。 (2)結(jié)合陰、陽離子的數(shù)目及其所帶的電荷可以寫出: N(Na+)+N(H+)= 2N(CO32-)+ N( HCO3-)+ N(OH-) (3)將上式兩邊同時(shí)除以NA得:n(Na+)+n(H+)=2n(CO32-)+ n(HCO3-)+ n(OH-);再同時(shí)除以溶液體積V得:C(Na+)+C(H+)= 2C(CO32-)+ C(HCO3-)+ C(OH-),這就是Na2CO3溶液的電荷守恒式。 電荷守恒式即溶液中所有陽離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷乘積之和等于所有陰離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷的絕對(duì)值乘積之和。 二、物料守恒 即加入的溶質(zhì)組成中存在的某些元素之間的特定比例關(guān)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元素的關(guān)系。 例如: NH4Cl溶液:化學(xué)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) 寫這個(gè)等式要注意,把所有含這種元素的粒子都要考慮在內(nèi),可以是離子,也可以是分子。 物料守恒可以理解為原子守恒的另一種說法?!叭我换瘜W(xué)反應(yīng)前后原子種類和數(shù)量分別保持不變”,可以微觀地應(yīng)用到具體反應(yīng)方程式,也就是反應(yīng)物元素原子(核)種類與總數(shù)相等于生成物。 1. 含特定元素的微粒(離子或分子)守恒; 2. 不同元素間形成的特定微粒比守恒; 3. 特定微粒的來源關(guān)系守恒。 示例:NaHCO3溶液 n(Na):n(C)=1:1,如果HCO3-沒有電離和水解,那么Na+和HCO3-濃度相等。 HCO3-會(huì)水解成為H2CO3,電離為CO32-(都是1:1反應(yīng),也就是消耗一個(gè)HCO3-,就產(chǎn)生一個(gè)H2CO3或者CO32-),那么守恒式中把Na+濃度和HCO3-及其產(chǎn)物的濃度和畫等號(hào)(或直接看作鈉與碳的守恒): 即c(Na+)= c(HCO3-)+ c(CO32-)+ c(H2CO3)這個(gè)式子叫物料守恒 三、質(zhì)子守恒 這是“追蹤”溶液中H+(質(zhì)子)的“來龍去脈”而得到的關(guān)系式。即質(zhì)子守恒就是酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子數(shù)目相同。 方法一:可以由電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到。 NaHCO3溶液中存在下列等式 c(H+)+c(Na+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-){電荷守恒} c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3){物料守恒} 兩式相減得c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-),這個(gè)式子叫質(zhì)子守恒。 方法二:酸堿質(zhì)子理論 示例1:NaHCO3溶液 原始物種類:HCO3-、H2O 消耗質(zhì)子產(chǎn)物H2CO3,產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物CO32-、OH- c(H+)=c(CO32-)+c(OH-)-c(H2CO3)即c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-) 關(guān)系:剩余的質(zhì)子數(shù)目等于產(chǎn)生質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目-消耗質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目 直接用酸堿質(zhì)子理論求質(zhì)子平衡關(guān)系比較簡單,但要細(xì)心;如果用電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到則比較麻煩,但比較保險(xiǎn)。 示例2:NaH2PO4溶液 原始物種類:H2PO4-,H2O 消耗質(zhì)子產(chǎn)物:H3PO4, 產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物:HPO42-(產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子),PO43-(產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子),OH- 所以:c(H+)=c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)-c(H3PO4) 【典例精析】 例題1 寫出K3PO4溶液中存在的物料守恒關(guān)系式___________________。 思路導(dǎo)航:在K3PO4溶液中,PO43-部分水解成HPO42-、H2PO4-、H3PO4,其物料守恒關(guān)系式為: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) 例題2 寫出K3PO4 溶液中存在的質(zhì)子守恒關(guān)系式___________________。 思路導(dǎo)航:在K3PO4溶液中,PO43-結(jié)合一個(gè)質(zhì)子成為HPO42-、結(jié)合兩個(gè)質(zhì)子成為H2PO4-、結(jié)合三個(gè)質(zhì)子成為H3PO4,而水失去一個(gè)質(zhì)子成為OH-, 因此質(zhì)子守恒的關(guān)系式是:c(OH-)= c(H+)+ c(HPO42-)+ 2c(H2PO-)+ 3c(H3PO4) 答案:c(OH-)= c(H+)+ c(HPO42-)+ 2c(H2PO-)+ 3c(H3PO4) 例題3 在0.1 mol/L Na2CO3溶液中,下列等量關(guān)系正確的是() 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-) 思路導(dǎo)航:由質(zhì)子守恒知:A項(xiàng)正確的是c(OH-)= c(H+)+ c(HCO3-)+ 2c(H2CO3),由物料守恒知:B項(xiàng)正確的是c(Na+)= 2c(CO32-)+ 2c(HCO3-)+ 2c(H2CO3), 由質(zhì)子守恒和物料守恒聯(lián)合推出C項(xiàng)正確, 由電荷守恒知:D項(xiàng)正確的是c(Na+)+ c(H+)=c(HCO3-)+ 2c(CO32-)+ c(OH-)。 答案:C 【總結(jié)提升】 快速書寫質(zhì)子守恒的方法: 第一步:確定溶液的酸堿性,溶液顯酸性,把氫離子濃度寫在左邊,反之則把氫氧根離子濃度寫在左邊。 第二步:根據(jù)溶液能電離出的離子和溶液中存在的離子,來補(bǔ)全等式右邊。具體方法是,判斷溶液能直接電離出的離子是什么。然后選擇能電離產(chǎn)生氫離子或者水解結(jié)合氫離子的離子為基準(zhǔn),用它和它電離或者水解之后的離子(這里稱為對(duì)比離子)做比較,是多氫還是少氫,多N個(gè)氫,就減去N倍的該離子(對(duì)比離子)濃度。少N個(gè)氫離子,就加上N倍的該離子(對(duì)比離子)。 如碳酸氫鈉溶液(NaHCO3)顯堿性,所以把氫氧根離子濃度寫在左邊。首先,判斷出該溶液直接電離出的離子是鈉離子和碳酸氫根,而能結(jié)合氫離子或電離氫離子的是碳酸氫根。其次,以碳酸氫根為基準(zhǔn)離子(因?yàn)樘妓釟溻c直接電離產(chǎn)生碳酸氫根和鈉離子,而鈉離子不電離也不水解。)減去它電離之后的離子濃度,加上它水解生成的離子濃度。便是: c(OH-)=c(H2CO3)-c(CO32-)+c(H+) 例題1(廣東理綜)對(duì)于0.1 molL-1的Na2SO3溶液,下列選項(xiàng)正確的是() A. 升高溫度,溶液pH降低 B. c(Na+)=2c(SO)+c(HSO)+c(H2SO3) C. c(Na+)+c(H+)=2c(SO)+2c(HSO)+c(OH-) D. 加入少量NaOH固體,c(SO)與c(Na+)均增大 思路導(dǎo)航:溶液中存在亞硫酸根離子的水解平衡和水的電離平衡,溫度升高,鹽的水解程度增大,pH增大,A錯(cuò)誤;B項(xiàng)是物料守恒,但鈉離子的濃度是后面三種離子濃度和的2倍,故錯(cuò)誤;C項(xiàng)是電荷守恒,亞硫酸氫根離子濃度不能乘以2;D項(xiàng)加入氫氧化鈉,鈉離子濃度增大,氫氧根離子的濃度增大,亞硫酸根離子的水解平衡左移,亞硫酸根離子的濃度也增大。 答案:D 例題2(全國卷)用0.10 molL-1的鹽酸滴定0.10 molL-1 的氨水,滴定過程中不可能出現(xiàn)的結(jié)果是() A. c(NH4+)>c(Cl-),c(OH-)>c(H+) B. c(NH4+)=c(Cl-),c(OH-)=c(H+) C. c(Cl-)>c(NH4+),c(OH-)>c(H+) D. c(Cl-)>c(NH4+),c(H+)>c(OH-) 思路導(dǎo)航:溶液中不可能出現(xiàn)陰離子均大于陽離子的情況,不遵循電荷守恒,故C項(xiàng)錯(cuò)。 答案:C- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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