淺談電荷守恒規律的應用

【摘 要】守恒是中學化學的重要思想，守恒法在化學解題中有重要應用，電荷守恒法是其中之一。文章從五個方面闡述了電荷守恒規律的應用。

【關鍵詞】守恒法；電荷守恒；電極反應式；化學計算； 濃度

電荷守恒規律在高中化學中應用十分廣泛，如果能熟練掌握這一規律，并能靈活運用到實際解題之中，可以使我們對復雜問題分析更加輕松、快捷、準確，從而達到事半功倍的效果。現將電荷守恒規律的應用舉例說明：

一、離子濃度大小的比較

【例題1】下列說法正確的是：

A．常溫下，將醋酸鈉、鹽酸兩溶液混合后，溶液呈中性，溶液中c(Na+)大于c(Cl－)。

B．濃度均為0.1 mol·L-1的C6H5ONa溶液和CH3COONa溶液中，陰離子的總濃度前者小于后者。

C．將0.1 mol·L-1氨水滴加到一定量的稀鹽酸中，可能出現：c(NH4+)＞c(Cl－)＞c(H+)＞c(OH－)。

D．將濃度相等的Na2CO3和NaHCO3等體積混合：c(Na+)+c(H+)=c(CO32－)+c(HCO3－)+c(OH－)。

【解析】A中運用電荷守恒：c(Na+)+c(H+)=c(Cl－)+c(CH3COO－)+c(OH－)；又因為呈中性c(H+)=c(OH－)，即c(Na+)=c(Cl－)+c(CH3COO－)，則c(Na+)必大于c(Cl－)；B中根據電荷守恒分別可得：c(Na+)+c(H+)=c(C6H5O－)+c(OH－)；c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO－)+c(OH－)，比較陰離子總濃度可以等效比較陽離子總濃度，又因為c(Na+)相等，C6H5ONa的水解程度大于CH3COONa即堿性前者大于后者，所以c(H+)前者小于后者，即c(C6H5O－)+c(OH－)

【正確答案】A

二、離子方程式書寫及正誤判斷

【例題2】下列離子方程式中正確的是：

A．H2SO4與Ba(OH)2溶液反應：Ba2＋＋OH－＋H＋＋SO42- BaSO4↓＋H2O。

B．Ca(HCO3)2與過量Ca(OH)2溶液反應：Ca2＋＋2HCO3-＋2OH－ CaCO3↓＋CO32-＋2H2O。

C．FeCl2溶液中通入少量Cl2：Fe2++Cl2 Fe3++2Cl-。

D．NaNO2溶液中加入酸性KMnO4溶液：2MnO4-＋5NO2-＋6H＋ 2Mn2＋＋5NO3-＋3H2O

【解析】A項正確應該是：Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO42- BaSO4↓＋2H2O；B項正確應該是Ca2＋＋HCO＋OH－ CaCO3↓＋H2O；C中電荷不守恒，正確的是2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-。

【正確答案】D

三、電極反應式的書寫

【例題3】N2H4—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液，放電時生成N2、H2O， 則燃料電池放電時，負極的電極反應式是 。

【解析】第一步找準氧化劑、還原劑以及氧化產物、還原產物：N2H4+O2→N2+H2O；第二步負極是還原劑失去電子：N2H4—4e-→N2；第三步運用電荷守恒（電解質溶液呈堿性，加OH-）：N2H4—4e-+4OH-→N2；第四步H守恒加水：N2H4—4e-+4OH- N2+4H2O。

【答案】N2H4—4e-+4OH- N2+4H2O

四、離子的檢驗及推斷

【例題4】今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：K＋、NH4+、Cl－、Mg2＋、Ba2＋、CO32-、SO4+，現取三份100 mL溶液進行如下實驗：

(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀產生。

(2)第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04 mol。

(3)第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27g，經足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質量為2.33g。

根據上述實驗，以下推測正確的是：

A．K＋一定存在

B．100mL溶液中含0.01mol CO2-3

C．Cl－一定存在

D．Ba2＋一定不存在，Mg2＋可能存在

【解析】由第二步可知原溶液中NH4+為0.04 mol；第三步加鹽酸后剩下的2.33g沉淀為BaSO4，即原溶液中SO2-4為0.01 mol，加鹽酸溶解的（6.27-2.33）g沉淀為BaCO3，即原溶液中CO2-3為0.02 mol，由此可判斷溶液中無Mg2＋、Ba2＋。現可根據溶液電荷守恒確定K＋一定存在，Cl－不確定。

【正確答案】A

五、簡化復雜計算

【例題4】為測定某鎂鋁合金樣品中鋁的含量，進行了下列實驗：取一定量合金，加入100mL 0.3 mol·L-1稀硫酸，合金完全溶解，產生的氣體在標準狀況下體積為560 mL；再加入0.2 mol·L-1NaOH溶液至沉淀質量恰好不再變化，用去350mL NaOH溶液。則所取樣品中鋁的物質的量為：

A．0.005 mol B．0.025 mol

C．0.01 mol D．0.03 mol

【解析】經分析當加入NaOH溶液至沉淀質量不再變化時，溶液中溶質為Na2SO4和NaAlO2；根據電荷守恒式：n(Na+)=2n(SO2-4)+ n(AlO2-)可求出n(AlO2-)=0.01 mol即n(Al)=0.01 mol。

【正確答案】C

【參考文獻】

[1]2011年江蘇高考化學第20題

[2]2007年上海高考化學第22題

[3]2010年樂山市高中第三次診斷性考試理科綜合第13題

（作者單位：四川省郫縣第二中學）