李鵬飛

(安徽省安慶野寨中學(xué) 246309)

電解質(zhì)溶液的三大守恒—電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒是歷年高考的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，而大學(xué)數(shù)學(xué)生書寫溶液的質(zhì)子守恒時(shí)，通常利用電荷-物料守恒法得到，導(dǎo)致此類題目的錯(cuò)誤率較高.因而出現(xiàn)了新的方法—圖示法，圖示法近幾年得到了很大的推廣，例如：2012年，劉文兵、韓善芳老師用圖示法分別分析了Na2CO3單一溶液和NaHCO3單一溶液的質(zhì)子守恒.2013年，林飛、戴潔老師指出圖示法是解決混合溶液質(zhì)子守恒的最佳方法.2014年，楊青山、葉漫、朱方仕老師指出圖示法書寫混合溶液的質(zhì)子守恒，不僅適用于單一溶液、濃度相等的混合溶液，也適用于濃度不同的混合溶液.

下面通過實(shí)例對(duì)圖示法進(jìn)行研究.

一、單一溶液的質(zhì)子守恒

例1 寫出Na2CO3溶液的質(zhì)子守恒.

1.圖示法

2.電荷-物料守恒法

點(diǎn)評(píng)此例中，圖示法解決質(zhì)子守恒直觀簡(jiǎn)潔，不易出錯(cuò)，并能反映質(zhì)子守恒的本質(zhì)，對(duì)于其它的單一溶液，例NaHCO3溶液、NaH2PO4溶液、Na2HPO4溶液、(NH4)2CO3溶液等，圖示法均能很快的寫出質(zhì)子守恒.

二、無共軛酸堿體系的混合溶液

例2 書寫0.1mol/L CH3COONa、0.1mol/L Na2CO3混合溶液的質(zhì)子守恒.

1.圖示法

2.電荷-物料守恒法

物料守恒：3[c(CH3COOH)+c(CH3COO-)]=c(Na+) ②

點(diǎn)評(píng)此例中，兩個(gè)方法得到的結(jié)果一致，電荷-物料守恒法過程非常繁雜，但利用此法可以得到3個(gè)質(zhì)子守恒式，而圖示法只能得到1個(gè)質(zhì)子守恒.因此，有時(shí)電荷-物料守恒法解決無共軛酸堿混合體系的混合液的質(zhì)子守恒時(shí)有不可替代的作用.

三、共軛酸堿體系的混合液

例3 書寫0.1mol/L CH3COOH與0.1mol/L CH3COONa混合溶液的質(zhì)子守恒.

1.電荷-物料法

c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(CH3COO-) ①

c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=2c(Na+) ②

由①②得：2c(H+)+c(CH3COOH)=2c(OH-)+c(CH3COO-)

2.圖示法

2013年，林飛老師在《用圖示法解決混合溶液中質(zhì)子守恒題》中指出：用圖示法解決共軛酸堿體系的混合液時(shí)需要選擇2個(gè)參考水準(zhǔn).

分別選擇CH3COOH和H2O、CH3COO-和H2O兩個(gè)參考水準(zhǔn):

c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)-0.1 ③

(注意原溶液中有0.1mol/L的CH3COO-，所以CH3COO-的濃度要減去0.1)

c(H+)+c(CH3COOH)-0.1=c(OH-) ④

(注意原溶液中有0.1mol/L的CH3COOH，所以CH3COOH的濃度要減去0.1)

由③④得2c(H+)+c(CH3COOH)=2c(OH-)+c(CH3COO-)

點(diǎn)評(píng)用圖示法解決共軛酸堿體系混合液首先需要選擇2個(gè)參考水準(zhǔn)，過程比電荷-物料法復(fù)雜，不易被學(xué)生掌握.還有為什么選擇兩個(gè)參考水準(zhǔn)就能得到正確的質(zhì)子守恒呢？在CH3COOH與CH3COONa混合液中，CH3COOH發(fā)生電離，CH3COO-發(fā)生水解，因此1個(gè)圖示寫不出質(zhì)子守恒.但若考慮凈過程，則問題就變得簡(jiǎn)單了，若CH3COOH的電離濃度大于CH3COO-的水解濃度，則認(rèn)為只發(fā)生CH3COOH的電離，沒有CH3COO-的水解，H2O電離的c(H+)=c(OH-)，CH3COOH電離的c(H+)=c(CH3COO-)-0.1，即③式；若CH3COO-的水解濃度大于CH3COOH的電離濃度，則認(rèn)為只發(fā)生CH3COO-水解，沒有CH3COOH電離，H2O電離的c(OH-)=c(H+)，CH3COO-水解的c(OH-)=c(CH3COOH)-0.1，即④式.③和④相當(dāng)于兩種極限狀態(tài)，但實(shí)際上表達(dá)的是同一溶液的質(zhì)子守恒，兩個(gè)式子是等效的，因此可以得到正確的結(jié)論.

通過對(duì)圖示法解決共軛酸堿共軛體系混合液的質(zhì)子守恒的原理探究，筆者發(fā)現(xiàn)：溶液中的質(zhì)子守恒與過程無關(guān)，只與溶液的始末狀態(tài)有關(guān)，類似與化學(xué)平衡狀態(tài)與投料方式無關(guān).因此提出了一種解決混合溶液中質(zhì)子守恒的新方法—等效拆分法.若將混合溶液中的離子拆成H+和其它離子或拆成OH-和其它離子，分別得到的質(zhì)子守恒應(yīng)該也是等效的.

四、等效拆分法解決混合溶液的質(zhì)子守恒

例4 寫出0.2mol/L的CH3COOH與0.1mol/L CH3COONa混合溶液的質(zhì)子守恒.

將原溶液拆成0.2mol/LH+與0.3mol/LCH3COO-溶液可得：

c(H+)-0.2+c(CH3COOH)=c(OH-) ①

將原溶液拆成0.3mol/L的CH3COOH與0.1mol/LOH-溶液可得：

c(H+)=c(OH-)-0.1+c(CH3COO-) ②

由①②得：3c(H+)+c(CH3COOH)=3c(OH-)+2c(CH3COO-)，這與電荷-物料守恒法得到的結(jié)論一致.

例5 寫出0.1mol/L Na2CO3與0.1mol/L NaHCO3混合溶液的質(zhì)子守恒.

例6 寫出0.1mol/LNH4Cl與0.1mol/LHCl混合溶液的質(zhì)子守恒.

可得：c(H+)-0.1=c(OH-)+c(NH3·H2O) ①

將溶液拆成：0.1mol/L NH3·H2O與0.2mol/L H+

不同的方法適用于不同的溶液的質(zhì)子守恒.對(duì)于單一溶液，圖示法過程直觀簡(jiǎn)潔，不易出錯(cuò)，而且能反映出質(zhì)子守恒的本質(zhì).對(duì)于無共軛酸堿體系的混合溶液，圖示法仍然簡(jiǎn)潔直觀，但只能得到1個(gè)質(zhì)子守恒，而電荷-物料法可得到多個(gè)質(zhì)子守恒的等效式.對(duì)共軛酸堿體系的混合溶液，圖示法的過程與電荷-物料法相差不大，此時(shí)用等效拆分法可以很快的寫出質(zhì)子守恒.