芮先華

【摘 要】“守恒法”在中學(xué)化學(xué)解題中的應(yīng)用很廣泛，其中“電荷守恒”原理、“物料守恒”原理、“質(zhì)子守恒”原理的合理使用，能幫助同學(xué)們大大地提高高考解題的能力。

【關(guān)鍵詞】守恒法；電荷守恒；物料守恒；質(zhì)子守恒；巧思妙解

“守恒法”在中學(xué)化學(xué)解題中的應(yīng)用很廣泛，本文從“電荷守恒”原理、“物料守恒”原理、“質(zhì)子守恒”原理三方面進(jìn)行闡述，幫助同學(xué)們提高高考解題能力。

一、“電荷守恒”原理

因?yàn)槿芤罕仨毐３蛛娭行裕匀芤褐兴嘘?yáng)離子電荷的總和必須與所有陰離子電荷的總和相等，常用符號(hào)CBE表示，例如：濃度為c（Na CO ）的Na CO 溶液中電荷守恒式為：

c（Na ）+c（H ）=c（HC ）+2c（CO ）+c（OH ）

例：將鎂條在空氣中燃燒的全部產(chǎn)物（MgO、Mg N ）溶解在50mL濃度為1.8mol.L 的鹽酸中，以20mL0.9mol.L NaOH溶液中和多余的鹽酸，然后向此溶液中加入過(guò)量的NaOH溶液把氨全部蒸出來(lái)，用足量的鹽酸吸收，經(jīng)測(cè)定氨的質(zhì)量為0.102g，計(jì)算鎂條的質(zhì)量。

解析：此題反應(yīng)較多，按常規(guī)解法比較麻煩，若用電荷守恒法則較為簡(jiǎn)便。在加入過(guò)量NaOH溶液之前，溶液中的溶質(zhì)有NaC1 、 MgCl 、NH Cl，根據(jù)“電荷守恒”原理有：

n（Na ）+2n（Mg ）+n（NH ）=n（Cl ）

其中Na+來(lái)源于NaOH，Cl 來(lái)源于HCl，而NH 可由氨氣的質(zhì)量求得，

∴n（Mg ）=[0.05L×1.8mol/L-0.02L×0.9mol/L-（0.102g÷17g/mol）]÷2=0.033mol

m（Mg）=m（Mg ）=24g/mol×0.033mol=0.792g

二、“物料守恒”原理

物料守恒是指在平衡狀態(tài)下，某組分的分析濃度（即該組分加入溶液中的總濃度）等于該組分各物種的平衡濃度的總和，常用符號(hào)MBE表示。例如濃度為c（Na CO ）的Na CO 溶液中，組分CO 的平衡式為：

c（Na CO ）=c（H CO ）+c（HCO ）+c（CO ）

例：有Na CO 和NaH CO 的混合物14.8g，把它配成稀溶液，然后向該溶液中加入12.4g堿石灰（CaO、NaOH組成的混合物），充分反應(yīng)后，溶液已檢測(cè)不出Ca2+、CO 和HCO ，然后將所得的體系中水份設(shè)法蒸干，得白色固體29g，試求（1）原混合物中Na CO 和NaHCO 各多少克？（2）堿石灰中CaO和NaOH各多少克？（3）所得29g白色固體中各種成分的質(zhì)量是多少？

解析：本題有下列守恒：①反應(yīng)前后CO32-的物質(zhì)的量守恒，即CaCO 中的CO 的物質(zhì)的量等于Na CO 中CO 的物質(zhì)的量與NaHCO 中HCO 的物質(zhì)的量之和。②反應(yīng)前后Ca2+的物質(zhì)的量守恒，即CaO中Ca 的物質(zhì)的量等于CaCO 中Ca 的物質(zhì)的量。③反應(yīng)前后Na 的物質(zhì)的量守恒，設(shè)Na CO 的物質(zhì)的量為x，NaHCO 的物質(zhì)的量為y，堿石灰中NaOH的物質(zhì)的量為z，則根據(jù)上述有關(guān)離子的物質(zhì)的量守恒，有：

106g/mol.x+84g/mol.y=14.8g

56g/mol（x+y）+40g/mol.z=12.4g

100g/mol（x+y）+40g/mol（2x+y+z）=29g

解得：x=0.1moly=0.05molz=0.1mol

∴（1）原混合物中m（Na CO ）=0.1mol×106g/mol=10.6g

m（NaHCO ）=0.05mol×84g/mol=4.2g

（2）堿石灰中m（CaO）=（0.1mol+0.05mol）×56g/mol=8.4g

m（NaOH）=0.1mol×40g/mol=4g

（3）29克白色固體的成分是CaCO 和NaOH

m（CaCO ）=（0.1mol+0.05mol）×100g/mol=15g

m（NaOH）=（2×0.1mol+0.05mol+0.1mol）×40g/mol=14g

三、“質(zhì)子守恒”原理

根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，酸堿反應(yīng)的本質(zhì)是質(zhì)子的傳遞，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子的物質(zhì)的量必然相等。其數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)為質(zhì)子守恒式或質(zhì)子條件式，常用符號(hào)PBE表示。

求質(zhì)子條件式的方法有兩種。一種是由物料守恒式和電荷守恒式推導(dǎo)，另一種是直接根據(jù)質(zhì)子得失的關(guān)系給出。首先選擇適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作為考慮質(zhì)子傳遞的參照物，通常選擇哪些在溶液中大量存在并參與質(zhì)子傳遞的物質(zhì)，如溶劑本身，這些物質(zhì)稱(chēng)為參照水準(zhǔn)（或零水準(zhǔn)）。然后，從零水準(zhǔn)出發(fā)，根據(jù)得失質(zhì)子的物質(zhì)的量相等的原則，即可寫(xiě)出質(zhì)子條件式。如濃度為c（Na2HPO4）的溶液中，用第一種方法求解：

物料守恒：c（Na ）=2c

c（H PO ）+c（H PO ）+c（HPO ）+c（PO ）=c

電荷守恒：c（Na ）+c（H ）=c（H PO ）+2c（HPO ）+3c（PO ）+c（OH ）

整理后得質(zhì)子條件式：

c（H ）+c（H PO ）+2c（H PO ）=c（PO ）+c（OH ）

采用第二種方法：選HPO 和H2O為參照水準(zhǔn)

參照水準(zhǔn)物 得質(zhì)子后的產(chǎn)物 失質(zhì)子后的產(chǎn)物

HPO H PO PO

H PO

H O H O OH

得失質(zhì)子的物質(zhì)的量必然相等，故可得：

c（H ）+c（H PO ）+2c（H PO ）=c（PO ）+c（OH ）

在選擇參照水準(zhǔn)時(shí)，不能把共軛酸堿對(duì)中的兩個(gè)組分都選作參照水準(zhǔn)，而只能選擇其中的任何一種，因?yàn)楣曹椝釅A對(duì)互為得（失）質(zhì)子，若同時(shí)選作參照水準(zhǔn)物，其作用互相抵消。

同理可知：Na2S溶液中的質(zhì)子守恒關(guān)系式為：

c（OH ）=c（HS ）+2c（H S）+c（H ）

NaHS溶液中的質(zhì)子守恒關(guān)系式為：

c（H ）+c（H S）=c（S ）+c（OH ）

當(dāng)然，在運(yùn)用守恒關(guān)系解題時(shí)，有時(shí)往往要把幾種守恒原理綜合起來(lái)加以考慮。