徐志宏

摘要：分析混合與單一溶液的質子守恒式的差別，提出可快速書寫混合溶液中質子守恒式的方法——校正法，闡述基礎溶液的選擇原則、修正項表達式的書寫規(guī)律，并結合試題詳細介紹校正法的使用方法。

關鍵詞：質子守恒式；混合溶液；校正法；校正項表達式

文章編號：1005-6629（2018）1-0087-05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

質子守恒是有關化學反應原理的重要知識。溶液中質子守恒式的書寫，不僅能考查學生核心知識的掌握情況，而且符合高考“以能力測試為主導”的要求，有效檢測學生運用核心知識分析解決實際問題的化學素養(yǎng)。近年來，書寫混合溶液的質子守恒式，已經在全國各地的高考試卷中頻繁出現(xiàn)，成為能力考查的熱點題型。

1研究現(xiàn)狀

目前，質子守恒式的書寫主要采用質子參考水準法。一般做法是先在矩形框中列出溶液中的質子參考水準，然后在其左側和右側分別列出得失質子產生的各種微粒，再通過與質子參考水準對照確定形成每種微粒轉移的質子數(shù)目，最后根據“產物得到的質子總數(shù)=產物失去的質子總數(shù)”寫出質子守恒式。也有根據“水實際提供的氫離子=水實際提供的氫氧根”書寫質子守恒式的，兩者本質相同。要注意的是，在共軛型混合溶液中，計算產物得失質子總數(shù)時，無論采取哪種依據，都要剔除另一種共軛酸（或共軛堿）對表達式的影響。因此，無論選擇哪種質子參考水準，直接寫出的質子守恒式中都有一個常數(shù)項。

例如，在濃度分別為a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，選擇CO^2-₃和H₂O為質子參考水準，得到的質子守恒式為：c（H⁺）+[c（HCO^-₃）-b]+2c（HVCO₃）=c（OH^-）①

選擇HCO^-₃和H₂O為質子參考水準，得到的質子守恒式為：

c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+[c（CO^2-₃）-a]②

從近年的文獻來看，研究者主要關注三個問題：第一，如何選擇質子參考標準；第二，應該選擇幾個質子參考標準；第三，如何進行多個質子守恒式的合并。

其實，這三個問題早有研究者給出了答案。選擇質子參考標準時，對非共軛體系應該選擇參與質子轉移的不同組分和水作為質子參考標準，在共軛體系中同一組分每次只要任意選擇一種型體和水作為質子參考標準（一般選擇大量存在的型體）。此處，將不能通過結合質子相互轉化的微?？闯刹煌M分，將能夠通過結合質子相互轉化的微?？闯赏唤M分的不同型體。

例如在Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，CO^2-₃和HCO^-₃能夠通過得失1個質子相互轉化，應該看成是同一組分H_iCO^（2-i）-₃的不同型體，在選擇質子參考標準時只要選擇一個。在NH4 H2POrt溶液中，NH⁺₄和H₂PO^-₄不能夠通過得失質子相互轉化，應該看成是兩種不同組分，在選擇質子參考標準時要同時選中。

第二和第三個問題，本質上是同一個問題，即如何消去質子守恒式中的常數(shù)項。細心的研究者可以發(fā)現(xiàn)，與大學階段不同，中學階段最終書寫的質子守恒式中都沒有常數(shù)項。這就需要在基于某個質子參考標準直接寫出質子守恒式之后，通過多個等式的合并來消去常數(shù)項?；蛟S是由于對該操作目的性認識的缺失，部分研究者才會不斷提出“如何書寫濃度不同的混合溶液的質子守恒式”這個偽課題，作出同一溶液中不同質子參考標準不等效的錯誤論斷，或采取舍棄常數(shù)項而直接乘以濃度進行合并的錯誤做法。

通常，多數(shù)研究者會采取選擇不同質子參考標準的策略寫出兩個質子守恒式，進而合并消去常數(shù)項。值得注意的是，合并不是簡單的加減，可能還要緊扣消去常數(shù)項這個目的乘以或除以一定的系數(shù)。

例如，在濃度分別為a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，采?、偈?②式的處理方法就無法消去常數(shù)項a和b，而應該采?、偈健羇+②式×b的做法。處理后的結果為：

（a+b）×c（H⁺）+a×c（HCO^-₃）+（2a+b）

×c（H₂CO₃）=b×c（CO^2-₃）+（a+b）×c（OH^-）③

此外，消去常數(shù)項也可以通過物料守恒代人法進行處理。文獻“用組分分離法書寫混合溶液的質子守恒式”、“雙組分混合溶液中質子守恒式的書寫”和“框圖法書寫混合溶液質子守恒式的改進”本質上就是采用該方法來消去常數(shù)項的。

2校正法書寫混合溶液的質子守恒式

校正法是根據化學平衡“只與反應條件和反應物的用量有關”的特點而首創(chuàng)的一種快速書寫混合溶液中質子守恒式的方法。該方法忽略混合溶液中溶質之問的具體反應，直接把溶液看成“不反應”的基礎溶液和外加溶液兩部分，通過校正外加溶液中相關微粒對基礎溶液的質子守恒式的影響，得出混合溶液的質子守恒式。endprint

2.1校正法的原理推導

將上述③式變形，有：

仔細觀察，還會發(fā)現(xiàn)④式的剩余部分與Na₂CO₃溶液中質子守恒式c（H⁺）+c（HCO^-₃）+2c（H₂CO₃）=c（OH^-）相同，⑤式的剩余部分與NaHCO₃溶液中質子守恒式c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（CO^2-₃）+c（OH^-）相同。所以，在書寫混合溶液的質子守恒式時，可以先寫出基礎溶液中的質子守恒式，再通過減去外加溶液中相關粒子的初始濃度進行校正，從而得出混合溶液中的質子守恒式。此處“外加溶液”既可以是后來加入的溶液，也可以是選為基礎溶液之外的溶液。而“初始濃度”既可以理解為幾種溶液充分反應后，各物質在混合溶液中的實際濃度；也可以理解為暫不考慮物質之間的反應，而根據稀釋規(guī)律直接求得的濃度。根據等效平衡原理，這兩種處理方法最終得到的質子守恒式是完全相同的，使用者可根據自己的習慣和實際情況靈活選用。其中，第二種處理方法可以避免學習者糾結于具體的反應過程，減少了大量的計算和判斷，給解題帶來了極大便利。

2.2基礎溶液的選擇原則

校正法本質上是基于質子參考標準，對外加溶液提供的型體（或組分）的濃度常數(shù)項進行形式上的校正處理，所以選擇基礎溶液的原則與選擇質子參考標準的要求相同。例如，在Na₂C₂O₄和H₂C₂O₄混合溶液中，C₂O^2-₄與H₂C₂O₄能夠通過得失2個質子相互轉化，屬于共軛體系，所以可以選擇Na₂C₂O₄為基礎溶液，把H₂C₂O₄看成外加溶液；也可以選擇H₂C₂O₄為基礎溶液，把Na₂C₂O₄看成外加溶液。又如，在Na₂C₂O₄和Na₂CO₃混合溶液中，C₂O^2-₄和CO^2-₃不能夠通過得失質子相互轉化，屬于非共軛體系，Na₂C₂O₄和Na₂CO₃必須同時選為基礎溶液。

2.3校正項表達式的書寫規(guī)律

根據化學平衡移動原理，只要沒有產生氣體或沉淀，平衡時質子守恒式只與投料條件有關，而與具體投料方式無關。所以，濃度分別為a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液，可以看成是由下列（1）、（2）、（3）三種情況的混合溶液反應而成。

2.4校正法書寫混合溶液中質子守恒式的步驟

（1）選擇基礎溶液，寫出原始濃度時的質子守恒式。

例如，在10mL0.3moL/L CH₃COOH溶液與20mL0.6mol/L NaOH溶液混合時，如果考慮CH₃COOH與NaOH的反應，得到CH₃COONa與NaOH混合溶液，屬于非共軛型混合溶液，應該選擇CH₃COONa溶液為基礎溶液，其質子守恒式為c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺）。如果暫不考慮兩者的反應，也屬于非共軛型混合溶液，應該選擇CH₃COOH溶液為基礎溶液，其質子守恒式⑥為c（OH^-）+c（CH₃COO^-）=c（H⁺）。

接下來的分析，都以暫不考慮CH3COOH與NaOH的反應為基礎進行分析。

（2）根據基礎溶液，求出混合溶液中各組分的原始濃度。

在上例中，第二種情況時CH₃COOH的原始濃度endprint