高中化学 | 宇宙开天辟地之花见花枯萎，人见人皱眉的“水溶液中三大守恒”

【编者按】

水溶液中的三大守恒属于选修四第三章的难点内容，作为电离平衡，水解平衡的综合应用，对于高二初学者来说很多学生往往没有理解到其中的本质，一头雾水，如何“拨开云雾见青天”,请继续往下看。

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内容概述

电荷守恒规律

电解质溶液中，无论存在多少种离子，溶液都是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。

物料守恒规律

电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子种类增多，但元素总是守恒的。

如K₂S溶液中S^2－、HS^－都能水解，故S元素以S^2－、HS^－、H₂S三种形式存在，它们之间有如下守恒关系：c(K^＋)＝2c(S^2－)＋2c(HS^－)＋2c(H₂S)，质子守恒的关键在于搞清楚相关微粒的变化，如盐中弱酸的酸式根既会电离，又会水解。这样才会知道含有相关元素存在哪些微粒。

质子守恒规律

水溶液的质子及为H⁺_，质子守恒及为H⁺守恒，及得到H+的微粒所得H⁺数=失去H⁺的物质所失H⁺数目如Na₂S水溶液中的质子转移情况图示如下：

由图可得Na₂S水溶液中质子守恒式可表示：c(H₃O^＋)＋2c(H₂S)＋c(HS^－)＝c(OH^－)或c(H^＋)＋2c(H₂S)＋c(HS^－)＝c(OH^－)。

另外溶液中假如只有水这种微粒失去H+，质子守恒还可以简单的理解为水电离出的H+与OH-相等，比如NH₄Cl溶液中，c(H⁺)=c(NH₃.H₂O)+c(OH^-)

当然任何质子守恒的关系式也可以由电荷守恒式与物料守恒式推导得到，在这个过程中要消去溶液中不发生变化的离子。如K2S溶液中，物料守恒c(K^＋)＝2c(S^2－)＋2c(HS^－)＋2c(H₂S)，电荷守恒c(K^＋)＋c(H^＋)＝c(HS^-)＋c(OH^－)＋2c(S^2-),两个式子把不变化的K⁺消去及得质子守恒c(H^＋)＋2c(H₂S)＋c(HS^－)＝c(OH^－)

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三大技巧

技巧一：如何辨别三大守恒式

简单来说就是根据三大守恒的特点去看：

①溶液中存在的离子均出现，且带n个单位电荷的离子乘有系数n就可能是电荷守恒；

②出现具体数字，或同时出现不电离不水解的离子和分子时，且含有同种元素得微粒在等式的一边，为物料守恒的可能性最高，一般物料守恒都不会出现H⁺和OH^-；

③若等号两边一边有H⁺，一边有OH^-，且出现分子时，则可能为质子守恒。

0.1mol/LNa₂C₂O₄中2c(H₂C₂O₄)＋c(HC₂O₄^－)＋c(OH^－)＝c(H^＋)

技巧二：三大守恒的易错点

1、电荷守恒：注意找到溶液中所有存在的离子，就要弄清楚溶液中微粒的变化，比如水电离出来的H⁺、OH^-和一些水解电离产生的酸式根离子还有盐中弱酸酸式根电离出来的酸根；另外还要注意离子带n个单位电荷时，要注意乘以系数n。

2、物料守恒：找出元素与元素之间的关系，A元素在溶液中存在的所有形式等于一定倍数关系的B元素存在在溶液中的所有形式；如果是溶液等体积混合问题，要注意离子浓度减半。

3、质子守恒：实质在于溶液中水解电离前所存在的粒子，得质子后的产物和失质子后的产物间存在的平衡关系。对于混合溶液（存在两种或以上溶质的溶液）来说，分为两种情况：

①源自同一种弱酸弱碱电离或水解出来的粒子混合（如Na₂CO₃和NaHCO₃、NH₄Cl和NH₃·H₂O），这种情况下的质子守恒需分别写出每一种溶质的质子守恒然后相加，但注意按比例相加，如Na₂CO₃和NaHCO₃的比例为1：1，则混合溶液的质子守恒为两种溶质分别的质子守恒1：1相加，Na₂CO₃和NaHCO₃的比例为1：2；则混合溶液的质子守恒为Na₂CO_3的质子守恒加2倍NaHCO₃的质子守恒

②源自两种不同弱酸弱碱电离或水解出来的粒子混合（如NH₄HCO₃、CH₃COONa和NaCN，NH₄Cl和CH₃COONa等），则可像单一溶质一样，一步写出质子守恒式。

技巧三：无法用三大守恒式直接判断的守恒式该怎么解决

对于这种式子一般都是由两种或两种以上的守恒式相加减得来的，而一种溶液中的电荷守恒和质子守恒都唯一，所以我们可以采取用目标关系式减去电荷守恒式之后，看剩下的关系式成不成立来判断目标关系式是否成立。