張曉

（宜興市陽羨高級中學(xué) 江蘇宜興 214200）

如何把握好電解質(zhì)溶液中的三個守恒關(guān)系

張曉

（宜興市陽羨高級中學(xué) 江蘇宜興 214200）

在高考復(fù)習(xí)中，電解質(zhì)溶液的三個守恒關(guān)系:電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒，是考試的重點，也是學(xué)生面對的難點，學(xué)生在復(fù)習(xí)時常常感到無從下手或者對這些問題混淆不清，導(dǎo)致做題時常常出錯。如何把握好這三個守恒關(guān)系，熟練應(yīng)用守恒法解答化學(xué)計算題，并使學(xué)生在學(xué)習(xí)中舉一反三，收到事半功倍的效果，這是高考復(fù)習(xí)中應(yīng)當(dāng)認(rèn)真思索、深入探討的一個重點和難點?！陡咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出:“高中化學(xué)課程應(yīng)有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法，加深對科學(xué)本身的認(rèn)識，增強創(chuàng)新精神和實踐能力”。在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計中，我通過多渠道查閱資料，選取典型例題，采用啟發(fā)式和探究式教學(xué)，加強對學(xué)生的思維訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用守恒法快速解答化學(xué)計算客觀題，并在此基礎(chǔ)上學(xué)會歸納整理，以達到培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力之目的。

一、自述案例

案例一、電荷守恒

電解質(zhì)溶液中，不論存在多少種離子，但溶液總是呈電中性，即陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)一定等于陽離子所帶正電荷總數(shù)，也就是電荷守恒定律。在這個定律中，首先要注意的是溶液呈電中性這個關(guān)鍵詞，溶液呈電中性與溶液呈中性是兩個不同的概念，溶液呈中性則說明存在如下關(guān)系:c(H+) =c(OH-)。所以理解其概念就不會混淆了。

例題1:KHCO3溶液中必存在以下關(guān)系:c(K+)+ c(H+)=c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-)

討論:讓學(xué)生通過討論，確定溶液中存在的有關(guān)變化，如有:

電離:KHCO3=K++HCO3-，HCO3-?H++CO32-， H2O?H++OH-

水解:HCO3-+H2O?H2CO3+OH-

所以溶液中存在K+、H+、HCO3-、OH-、CO32-這些離子，由于CO32-帶2個負(fù)電荷，陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)為c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-)，陽離子所帶正電荷總數(shù)為c(K+)+c(H+)。根據(jù)電荷守恒定律，兩者相等就是如下關(guān)系式:c(K+)+c(H+)=c(HCO3-) +c(OH-)+2c(CO32-)

電荷守恒的具體應(yīng)用:

訓(xùn)練1:某地的雨水呈明顯酸性，取少量水樣檢測，其中含各離子的物質(zhì)的量濃度分別是: 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。則雨水中氫離子的物質(zhì)的量濃度為多少？

討論:本題已知溶液中四種離子的濃度，求氫離子的濃度，可選用電荷守恒法:c(Na+)+c(NH4+)+ c(H+)+c(H+)水=c(OH-)水+c(Cl-)+2c(SO42-)，由于c(H+)水= c(OH-)水，所以: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

反思:學(xué)生往往列出電荷守恒式c(Na+)+c(NH4+) +c(H+)=c(Cl-)+c(SO42-)而產(chǎn)生錯誤，究其原因，是沒有對電荷守恒的的概念理解透徹。電荷守恒是用離子的濃度或物質(zhì)的量來表示電荷關(guān)系的，所以不僅要考慮離子的濃度或物質(zhì)的量，還要考慮離子所帶的電荷。

案例二、物料守恒

電解質(zhì)溶液中，由于某些離子能夠水解或電離，離子的種類可能發(fā)生改變，但某些關(guān)鍵性的原子總是守恒的。

例題2:K2S溶液中，存在的物料守恒關(guān)系。

討論:在K2S溶液中存在著如下關(guān)系:

電離:K2S=2K++S2-，H2O?H++OH-

水解:S2-+H2O?HS-+OH-，HS-+H2O?H2S+ OH-，故S元素以S2-、HS-、H2S三種形式存在，但不管怎樣，K原子的物質(zhì)的量總是S原子物質(zhì)的量的2倍。所以就有:c(K+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]=2c(S2-) +2c(HS-)+2c(H2S)

訓(xùn)練2:在Na3PO4中，則存在的物料守恒的關(guān)系式為 。

討論:在Na3PO4中，PO43-部分水解變?yōu)镠PO42-、H2PO4-、H3PO4，則物料守恒關(guān)系式為:

c(Na+)=3[c(PO43-)+c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)] =3c(PO43-)+3c(HPO42-)+3c(H2PO4-)+3c(H3PO4)

反思:在物料守恒中，一定要分析清楚特定元素的存在形式，充分考慮到水解和電離的發(fā)生。

如:在Na2S溶液中S元素以S2-、HS-、H2S三種形式存在，在Na3PO4溶液中，PO43-部分水解后以PO42-、H2PO4-、H3PO4三種形式存在，在Na2CO3溶液中，C元素以CO32-+HCO3-+H2CO3三種形式存在。

案例三、質(zhì)子守恒

質(zhì)子守恒是指電解質(zhì)溶液中的粒子電離出氫離子（H+）總數(shù)等于粒子接受的氫離子（H+）總數(shù)加上游離的氫離子（H+）數(shù)。或者理解為電解質(zhì)溶液中分子或離子得到或失去的質(zhì)子的物質(zhì)的量應(yīng)相等。

例題3:Na2S水溶液中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移圖示如下:

討論:

由上表可得質(zhì)子守恒關(guān)系式為:

c(H3O+)+c(HS-)+2c(H2S)=c(OH-)

或c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)=c(OH-)

實際上，質(zhì)子守恒也可以根據(jù)電荷守恒和物料守恒聯(lián)合求得。

電荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-)①

物料守恒:c(Na+)=2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)②

將②代入①式、化簡得:

c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)

訓(xùn)練3:在Na3PO4溶液中，質(zhì)子守恒關(guān)系式為:

討論: 得質(zhì)子 基態(tài)物質(zhì) 失質(zhì)子

PO43-結(jié)合1個H+變?yōu)镠PO42-、結(jié)合2個H+變?yōu)镠2PO4-、結(jié)合3個H+變?yōu)镠3PO4，而H2O結(jié)合1個H+變?yōu)镠3O+、失去1個H+變?yōu)镺H–，所以質(zhì)子守恒關(guān)系式為:c(OH-)=c(H+)+c(HPO42-)+2c(H2PO4-) +3c(H3PO4)。

反思:質(zhì)子守恒關(guān)系，主要是分清結(jié)合H+與電離出H+的情況和數(shù)目，對物質(zhì)的電離和水解要有足夠的認(rèn)識，如:PO43-結(jié)合1個H+變?yōu)镠PO42-、結(jié)合2個H+變?yōu)镠2PO4-、結(jié)合3個H+變?yōu)镠3PO4。S2-離子結(jié)合1個H+變?yōu)镠S-、結(jié)合2個H+變?yōu)镠2S。在Na2HPO4溶液中，HPO42-電離一個H+變?yōu)镻O43-，結(jié)合1個H+變?yōu)镠2PO4-、結(jié)合2個H+變?yōu)镠3PO4。所以在Na2HPO4溶液中的質(zhì)子守恒關(guān)系為:

c(OH-)+c(PO43-)=c(H+)+c(H2PO4-)+2c(H3PO4)。

在實際應(yīng)用中，要結(jié)合電解質(zhì)溶液中的鹽類水解以及離子濃度大小的比較等方面的知識的綜合應(yīng)用。掌握了上述三個守恒的規(guī)律，對于解題有很大的幫助，下面就具體的練習(xí)來討論上述三個守恒的綜合應(yīng)用。

練習(xí)1:將K2SO4、Al2(SO4)3、KAl(SO4)2的三種鹽混和溶于H2SO4酸化的水中，測得c(SO42-)= 0.105mol·L-1、c(Al3+)=0.055mol·L-1，溶液的pH=2.0，則c(K+)為多少？

反思:一般的方法將四種物質(zhì)的電離方程式寫出來，然后利用方程式的系數(shù)關(guān)系去求出，但這樣太麻煩。若利用電荷守恒定律，則運算過程就簡單多了。

電荷守恒關(guān)系式:3c(Al3+)+c(K+)+c(H+)酸+c(H+)水= c(OH-)水+2c(SO42-)

因c(H+)水=c(OH-)水，所以:3×0.055mol·L-1+ c(K+)+0.01mol·L-1=2×0.105mol·L-1

c(K+)=0.035mol·L-1

練習(xí)2:在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-)

反思:由質(zhì)子守恒可知A項的正確關(guān)系式應(yīng)為c(OH–)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)，由物料守恒可知B項的正解關(guān)系式應(yīng)為:c(Na+)=2c(CO32-)+ 2c(HCO3-)+2c(H2CO3)，由質(zhì)子守恒式和物料關(guān)系式聯(lián)合可推出C項是正確的。再由電荷守恒可知D項正確關(guān)系式應(yīng)為:c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-) +c(OH-)。

當(dāng)然，要熟練運用這三個守恒關(guān)系，不僅需要我們理解其概念，準(zhǔn)確把握其適用條件，更需對離子濃度大小比較及鹽類水解的知識加以鞏固，在練習(xí)中加深認(rèn)識，只有這樣，才能在考試中靈活運用，考出好成績。

三、教學(xué)反思

反思本節(jié)課，我感觸很深，啟發(fā)很大。

1.教師要善于挖掘新教材中豐富的教學(xué)資源，積極做有效課堂教學(xué)的研究者和探索者。

在新教材中有許多可以挖掘的教學(xué)資源，關(guān)鍵是教師敢不敢進行大膽的嘗試。例如，在本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容中，教材雖然沒有深入討論守恒法在化學(xué)計算中的應(yīng)用，但在解答化學(xué)計算題時守恒法是不可缺少的一種技巧，為此在教學(xué)中，我通過采用啟發(fā)式、探究式教學(xué)方法，指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合解題能力和發(fā)散思維能力。教師只有深入挖掘和整合教學(xué)資源，才能使教師的教法既依據(jù)教材，又不拘泥于教材，才能使學(xué)生的學(xué)習(xí)始與教材，又高于教材。

2.教師在教學(xué)中要突出學(xué)生的主體作用，把教師的教學(xué)過程變成學(xué)生的自主探究過程。

教師要善于引導(dǎo)學(xué)生在具備相關(guān)基礎(chǔ)知識的前提下，自主選擇不同的途徑和方法解決教師提出的問題。教師可以在以下幾個方面加以引導(dǎo):（1）在師生間樹立平等的意識，創(chuàng)建平等民主的氛圍；（2）激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動學(xué)生的積極性；（3）打破原有模式的束縛，引導(dǎo)學(xué)生積極思維；（4）發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的閃光點，進行表揚和鼓勵；（5）準(zhǔn)確把握學(xué)生學(xué)習(xí)中的“最近發(fā)展區(qū)”，加速學(xué)生的發(fā)展。要通過教師的引導(dǎo)，使學(xué)生學(xué)會在尋求解決問題方法的過程中自主進行歸納、總結(jié)，讓學(xué)生收獲到得成功的喜悅。

3.教師要善于激活學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣和思維品質(zhì)。

興趣是最好的老師。學(xué)生積極的思維是從興趣開始的，教師在教學(xué)中，要從多方面培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，例如，對容易混淆的概念，可以組織學(xué)生進行討論、辨析，對學(xué)生無法理解的化學(xué)現(xiàn)象，可以讓學(xué)生在實驗中去觀察、去總結(jié)、去理解。只有這樣，才能使學(xué)生自己掌握開啟知識寶庫的“金鑰匙 ”。

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