電解質溶液中三種守恒關系的應用

田洪亞

電解質溶液中三種守恒關系是中學化學電解質溶液理論部分重要知識.從近幾年高考命題不難看出，這是每年必考的內容.從高考題難度分析，歷年高考題以中檔題、較難題為主，重點考查學生的分析能力，題型主要為選擇題.學生在復習時，如何把握好溶液中的三大守恒關系，尤其是有等量關系的微粒濃度問題，常常感到無從下手或者混淆這些問題，導致做題時常常出錯，若能掌握好這三種守恒關系，這類問題便迎刃而解.解題時，首先，根據題意分析確定溶液中的溶質成分；其次，列出溶液中發生變化的離子方程式（如電離、水解等），利用題給數據分析比較各粒子濃度的大小關系；然后再根據物料守恒、電荷守恒、質子守恒原理列出有關恒等關系，對照題目作出準確的判斷.

一、物料守恒

在反應前后，某物質在溶液中可能離解成多種粒子，或者因化學反應而生成多種粒子的產物，在平衡狀態時，該物質的各粒子濃度之和必然等于該物質的分析濃度，這一規律稱為物料平衡（或質量平衡）.它的數學表達式叫做物料等衡式或質量等衡式.

例1 寫出0.1 mol/L·NaHCO3，溶液的物料等衡式t

分析 NaHCO3（0.1 mol/L）在溶液中存在如下關系：

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

HCO-3H++CO2-3

溶質在溶液中存在的粒子有Na+，HCO-3，H2CO3，CO2-3四種.根據物料平衡規律平衡時有如下關系：c（Na+）=0.1 mol/L，c（H2CO3）+c（HCO2-3）+c（CO2-3）=0.1 mol/L.

即：c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO-3）+c（CO2-3）

=0.1 mol/L

在電解質溶液中，由于某些離子能夠水解，離子種類增多，但某些關鍵性的原子總是守恒的.此類元素守恒題中各粒子之間的關系一般為：c（不變化的離子）=c（變化的離子）+c（水解后生成的弱電解質）+c（電離所得二元弱酸根離子）

例2 寫出Na2CO3，溶液的物料等衡式

分析 在Na2CO3溶液中存在如下關系：

Na2CO32Na++CO2-3

CO2-3+H2OHCO-3+OH-

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

故碳元素以HCO-3，H2CO3，CO2-3三種形式存在.且鈉原子數目是碳原子數目的二倍.它們之間有如下守恒關系：c（Na+）=2c（H2CO3）+2c（HCO-3）+2c（CO2-3）

二、電荷守恒

電解質溶于水時，當處于平衡狀態時，無論發生什么變化，溶液中正電荷的總數必等于負電荷總數，即溶液總是電中性的，這一規律稱為電荷守恒.它的數學表達式叫電荷等衡式.

例3 寫出NaHCO3在溶液中的電荷等衡式分析：溶液中帶正電荷的離子有Na+，H+，個帶有1個單位的正電荷；帶負電荷的離子有OH-，HCO-3，CO2-3，前兩者各帶有1個單位的負電荷，后者帶有2個單位的負電荷.根據電荷守恒，則NaHCO3溶液的電荷等衡式為：

c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（OH-）+2c（CO2-3）

三、質子守恒

即酸堿反應達到平衡時，酸（含廣義酸）失去質子（H+）的總數等于堿（或廣義堿）得到的質子（H+）總數.這種得失質子（H+）數相等的關系就稱為質子守恒.

質子守恒研究對象主要是電解質溶液的溶劑水，是指溶液中由水電離出來的H+和OH-總是相等的〔c（H+）=c（OH-）〕，質子守恒式反應了電解質溶液中分子或離子得失質子（H+）的物質量相等的一種數學關系，其數學表達式稱為質子等衡式.

例4 寫出Na2CO3溶液的質子等衡式，

分析 在其溶液中與質子轉移有關的組分有：CO2-3，H2O，H2CO3， HCO-3，H3O+，OH-.可確定為CO2-3，H2O為參考水準.

與質子參考水準相比，H2CO3是由參考水準得兩個質子而來，HCO-3是由參考水準得一個質子而來；H3O+是由參考水準得一個質子而來，OH-是由參考水準失去一個質子而來.

故Na2CO3溶液的質子等衡式為：

c（H3O+）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

或c（H ）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

例5 寫出NH4H2PO4溶液的質子等衡式，

分析 與質子轉移有關的組分有：NH+4，H2PO-4， H2O，H3PO4， H3O+，NH3，HPO2-4，PO3-4， OH-；可選擇質子參考水準為NH+4，H2PO-4，H2O，這樣可以直接寫出質子等衡式為：

c（H+）+c（H3PO4）=c（OH-）+c（NH3）+c（HPO2-4）+2c（PO3-4）

學生在做習題時，常會遇到微粒濃度有等量關系的題目.此時，利用三種守恒式解題簡便快捷，一切問題便迎刃而解.

例6 在0.1 mol/L·CH3COONa溶液中，下列關系不正確的是（ ）.

A.c（Na+）>c（CH3COO-）>c（OH-）>c（CH3COOH）>c（H+）

B.c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）

C.c（Na+）+c（OH-）=c（CH3COO-）+2c（CH3COOH）+c（H+）

D.c（Na+）>c（OH-）=c（CH3COOH）>c（CH3COO-）>c（H+）

解析 CH3COONa溶液中存在如下關系：

CH3COONa=CH3COO-+Na+

CH3COO-+H2O=CH3COOH+OH-

H2O=H++OH-

故可知A正確，D不正確.

據三種等衡式（1）物料等衡式：c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）=0.1 mol/L故B正確.（2）電荷等衡式：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）

（3）質子等衡式：c（H+）+c（CH3COOH）=c（OH-）

（1）（3）合并得C正確.故本題答案為D.

例7 下列濃度關系正確的是（ ）.

A. 氯水中：c（Cl2）=2[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]

B. 氯水中：c（Cl-）>c（H+ ）>c（OH-）>c（ClO-）

C. 等體積等濃度的氫氧化鈉與醋酸混合：c（Na+）=c（CH3COO-）

D. Na2CO3溶液中：c（Na+）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（HCO-3）>c（H+ ）

解析 根據氯水中所含粒子的種類可知氯水中也含有氯氣分子，A設置了一個貌似物料守恒的式子而忽視了氯氣分子的存在，故A錯；根據Cl2+H2OHClO+H++Cl-，HCl完全電離 而HClO部分電離，可知正確的順序c（H+）>c（Cl-）>c（ClO-）>c（OH-），B錯；C項等物質的量的強堿與弱酸混合生成強堿弱酸鹽溶液顯堿性c（OH-）>c（H+），再根據溶液中電荷守恒可以判斷c（Na+）>c（CH3COO-） ；

答案：D正確

綜上所述，利用上述三大關系解題，避免了許多中間換算，使問題簡單化，更易被學生接受，且比較直接，也容易理解掌握；符合思維過程，即化繁為簡的思維方式，是解決問題的捷徑.

電解質溶液中三種守恒關系是中學化學電解質溶液理論部分重要知識.從近幾年高考命題不難看出，這是每年必考的內容.從高考題難度分析，歷年高考題以中檔題、較難題為主，重點考查學生的分析能力，題型主要為選擇題.學生在復習時，如何把握好溶液中的三大守恒關系，尤其是有等量關系的微粒濃度問題，常常感到無從下手或者混淆這些問題，導致做題時常常出錯，若能掌握好這三種守恒關系，這類問題便迎刃而解.解題時，首先，根據題意分析確定溶液中的溶質成分；其次，列出溶液中發生變化的離子方程式（如電離、水解等），利用題給數據分析比較各粒子濃度的大小關系；然后再根據物料守恒、電荷守恒、質子守恒原理列出有關恒等關系，對照題目作出準確的判斷.

一、物料守恒

在反應前后，某物質在溶液中可能離解成多種粒子，或者因化學反應而生成多種粒子的產物，在平衡狀態時，該物質的各粒子濃度之和必然等于該物質的分析濃度，這一規律稱為物料平衡（或質量平衡）.它的數學表達式叫做物料等衡式或質量等衡式.

例1 寫出0.1 mol/L·NaHCO3，溶液的物料等衡式t

分析 NaHCO3（0.1 mol/L）在溶液中存在如下關系：

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

HCO-3H++CO2-3

溶質在溶液中存在的粒子有Na+，HCO-3，H2CO3，CO2-3四種.根據物料平衡規律平衡時有如下關系：c（Na+）=0.1 mol/L，c（H2CO3）+c（HCO2-3）+c（CO2-3）=0.1 mol/L.

即：c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO-3）+c（CO2-3）

=0.1 mol/L

在電解質溶液中，由于某些離子能夠水解，離子種類增多，但某些關鍵性的原子總是守恒的.此類元素守恒題中各粒子之間的關系一般為：c（不變化的離子）=c（變化的離子）+c（水解后生成的弱電解質）+c（電離所得二元弱酸根離子）

例2 寫出Na2CO3，溶液的物料等衡式

分析 在Na2CO3溶液中存在如下關系：

Na2CO32Na++CO2-3

CO2-3+H2OHCO-3+OH-

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

故碳元素以HCO-3，H2CO3，CO2-3三種形式存在.且鈉原子數目是碳原子數目的二倍.它們之間有如下守恒關系：c（Na+）=2c（H2CO3）+2c（HCO-3）+2c（CO2-3）

二、電荷守恒

電解質溶于水時，當處于平衡狀態時，無論發生什么變化，溶液中正電荷的總數必等于負電荷總數，即溶液總是電中性的，這一規律稱為電荷守恒.它的數學表達式叫電荷等衡式.

例3 寫出NaHCO3在溶液中的電荷等衡式分析：溶液中帶正電荷的離子有Na+，H+，個帶有1個單位的正電荷；帶負電荷的離子有OH-，HCO-3，CO2-3，前兩者各帶有1個單位的負電荷，后者帶有2個單位的負電荷.根據電荷守恒，則NaHCO3溶液的電荷等衡式為：

c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（OH-）+2c（CO2-3）

三、質子守恒

即酸堿反應達到平衡時，酸（含廣義酸）失去質子（H+）的總數等于堿（或廣義堿）得到的質子（H+）總數.這種得失質子（H+）數相等的關系就稱為質子守恒.

質子守恒研究對象主要是電解質溶液的溶劑水，是指溶液中由水電離出來的H+和OH-總是相等的〔c（H+）=c（OH-）〕，質子守恒式反應了電解質溶液中分子或離子得失質子（H+）的物質量相等的一種數學關系，其數學表達式稱為質子等衡式.

例4 寫出Na2CO3溶液的質子等衡式，

分析 在其溶液中與質子轉移有關的組分有：CO2-3，H2O，H2CO3， HCO-3，H3O+，OH-.可確定為CO2-3，H2O為參考水準.

與質子參考水準相比，H2CO3是由參考水準得兩個質子而來，HCO-3是由參考水準得一個質子而來；H3O+是由參考水準得一個質子而來，OH-是由參考水準失去一個質子而來.

故Na2CO3溶液的質子等衡式為：

c（H3O+）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

或c（H ）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

例5 寫出NH4H2PO4溶液的質子等衡式，

分析 與質子轉移有關的組分有：NH+4，H2PO-4， H2O，H3PO4， H3O+，NH3，HPO2-4，PO3-4， OH-；可選擇質子參考水準為NH+4，H2PO-4，H2O，這樣可以直接寫出質子等衡式為：

c（H+）+c（H3PO4）=c（OH-）+c（NH3）+c（HPO2-4）+2c（PO3-4）

學生在做習題時，常會遇到微粒濃度有等量關系的題目.此時，利用三種守恒式解題簡便快捷，一切問題便迎刃而解.

例6 在0.1 mol/L·CH3COONa溶液中，下列關系不正確的是（ ）.

A.c（Na+）>c（CH3COO-）>c（OH-）>c（CH3COOH）>c（H+）

B.c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）

C.c（Na+）+c（OH-）=c（CH3COO-）+2c（CH3COOH）+c（H+）

D.c（Na+）>c（OH-）=c（CH3COOH）>c（CH3COO-）>c（H+）

解析 CH3COONa溶液中存在如下關系：

CH3COONa=CH3COO-+Na+

CH3COO-+H2O=CH3COOH+OH-

H2O=H++OH-

故可知A正確，D不正確.

據三種等衡式（1）物料等衡式：c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）=0.1 mol/L故B正確.（2）電荷等衡式：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）

（3）質子等衡式：c（H+）+c（CH3COOH）=c（OH-）

（1）（3）合并得C正確.故本題答案為D.

例7 下列濃度關系正確的是（ ）.

A. 氯水中：c（Cl2）=2[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]

B. 氯水中：c（Cl-）>c（H+ ）>c（OH-）>c（ClO-）

C. 等體積等濃度的氫氧化鈉與醋酸混合：c（Na+）=c（CH3COO-）

D. Na2CO3溶液中：c（Na+）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（HCO-3）>c（H+ ）

解析 根據氯水中所含粒子的種類可知氯水中也含有氯氣分子，A設置了一個貌似物料守恒的式子而忽視了氯氣分子的存在，故A錯；根據Cl2+H2OHClO+H++Cl-，HCl完全電離 而HClO部分電離，可知正確的順序c（H+）>c（Cl-）>c（ClO-）>c（OH-），B錯；C項等物質的量的強堿與弱酸混合生成強堿弱酸鹽溶液顯堿性c（OH-）>c（H+），再根據溶液中電荷守恒可以判斷c（Na+）>c（CH3COO-） ；

答案：D正確

綜上所述，利用上述三大關系解題，避免了許多中間換算，使問題簡單化，更易被學生接受，且比較直接，也容易理解掌握；符合思維過程，即化繁為簡的思維方式，是解決問題的捷徑.

電解質溶液中三種守恒關系是中學化學電解質溶液理論部分重要知識.從近幾年高考命題不難看出，這是每年必考的內容.從高考題難度分析，歷年高考題以中檔題、較難題為主，重點考查學生的分析能力，題型主要為選擇題.學生在復習時，如何把握好溶液中的三大守恒關系，尤其是有等量關系的微粒濃度問題，常常感到無從下手或者混淆這些問題，導致做題時常常出錯，若能掌握好這三種守恒關系，這類問題便迎刃而解.解題時，首先，根據題意分析確定溶液中的溶質成分；其次，列出溶液中發生變化的離子方程式（如電離、水解等），利用題給數據分析比較各粒子濃度的大小關系；然后再根據物料守恒、電荷守恒、質子守恒原理列出有關恒等關系，對照題目作出準確的判斷.

一、物料守恒

在反應前后，某物質在溶液中可能離解成多種粒子，或者因化學反應而生成多種粒子的產物，在平衡狀態時，該物質的各粒子濃度之和必然等于該物質的分析濃度，這一規律稱為物料平衡（或質量平衡）.它的數學表達式叫做物料等衡式或質量等衡式.

例1 寫出0.1 mol/L·NaHCO3，溶液的物料等衡式t

分析 NaHCO3（0.1 mol/L）在溶液中存在如下關系：

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

HCO-3H++CO2-3

溶質在溶液中存在的粒子有Na+，HCO-3，H2CO3，CO2-3四種.根據物料平衡規律平衡時有如下關系：c（Na+）=0.1 mol/L，c（H2CO3）+c（HCO2-3）+c（CO2-3）=0.1 mol/L.

即：c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO-3）+c（CO2-3）

=0.1 mol/L

在電解質溶液中，由于某些離子能夠水解，離子種類增多，但某些關鍵性的原子總是守恒的.此類元素守恒題中各粒子之間的關系一般為：c（不變化的離子）=c（變化的離子）+c（水解后生成的弱電解質）+c（電離所得二元弱酸根離子）

例2 寫出Na2CO3，溶液的物料等衡式

分析 在Na2CO3溶液中存在如下關系：

Na2CO32Na++CO2-3

CO2-3+H2OHCO-3+OH-

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

故碳元素以HCO-3，H2CO3，CO2-3三種形式存在.且鈉原子數目是碳原子數目的二倍.它們之間有如下守恒關系：c（Na+）=2c（H2CO3）+2c（HCO-3）+2c（CO2-3）

二、電荷守恒

電解質溶于水時，當處于平衡狀態時，無論發生什么變化，溶液中正電荷的總數必等于負電荷總數，即溶液總是電中性的，這一規律稱為電荷守恒.它的數學表達式叫電荷等衡式.

例3 寫出NaHCO3在溶液中的電荷等衡式分析：溶液中帶正電荷的離子有Na+，H+，個帶有1個單位的正電荷；帶負電荷的離子有OH-，HCO-3，CO2-3，前兩者各帶有1個單位的負電荷，后者帶有2個單位的負電荷.根據電荷守恒，則NaHCO3溶液的電荷等衡式為：

c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（OH-）+2c（CO2-3）

三、質子守恒

即酸堿反應達到平衡時，酸（含廣義酸）失去質子（H+）的總數等于堿（或廣義堿）得到的質子（H+）總數.這種得失質子（H+）數相等的關系就稱為質子守恒.

質子守恒研究對象主要是電解質溶液的溶劑水，是指溶液中由水電離出來的H+和OH-總是相等的〔c（H+）=c（OH-）〕，質子守恒式反應了電解質溶液中分子或離子得失質子（H+）的物質量相等的一種數學關系，其數學表達式稱為質子等衡式.

例4 寫出Na2CO3溶液的質子等衡式，

分析 在其溶液中與質子轉移有關的組分有：CO2-3，H2O，H2CO3， HCO-3，H3O+，OH-.可確定為CO2-3，H2O為參考水準.

與質子參考水準相比，H2CO3是由參考水準得兩個質子而來，HCO-3是由參考水準得一個質子而來；H3O+是由參考水準得一個質子而來，OH-是由參考水準失去一個質子而來.

故Na2CO3溶液的質子等衡式為：

c（H3O+）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

或c（H ）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

例5 寫出NH4H2PO4溶液的質子等衡式，

分析 與質子轉移有關的組分有：NH+4，H2PO-4， H2O，H3PO4， H3O+，NH3，HPO2-4，PO3-4， OH-；可選擇質子參考水準為NH+4，H2PO-4，H2O，這樣可以直接寫出質子等衡式為：

c（H+）+c（H3PO4）=c（OH-）+c（NH3）+c（HPO2-4）+2c（PO3-4）

學生在做習題時，常會遇到微粒濃度有等量關系的題目.此時，利用三種守恒式解題簡便快捷，一切問題便迎刃而解.

例6 在0.1 mol/L·CH3COONa溶液中，下列關系不正確的是（ ）.

A.c（Na+）>c（CH3COO-）>c（OH-）>c（CH3COOH）>c（H+）

B.c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）

C.c（Na+）+c（OH-）=c（CH3COO-）+2c（CH3COOH）+c（H+）

D.c（Na+）>c（OH-）=c（CH3COOH）>c（CH3COO-）>c（H+）

解析 CH3COONa溶液中存在如下關系：

CH3COONa=CH3COO-+Na+

CH3COO-+H2O=CH3COOH+OH-

H2O=H++OH-

故可知A正確，D不正確.

據三種等衡式（1）物料等衡式：c（Na+）=c（CH3COO-）+c（CH3COOH）=0.1 mol/L故B正確.（2）電荷等衡式：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-）

（3）質子等衡式：c（H+）+c（CH3COOH）=c（OH-）

（1）（3）合并得C正確.故本題答案為D.

例7 下列濃度關系正確的是（ ）.

A. 氯水中：c（Cl2）=2[c（ClO-）+c（Cl-）+c（HClO）]

B. 氯水中：c（Cl-）>c（H+ ）>c（OH-）>c（ClO-）

C. 等體積等濃度的氫氧化鈉與醋酸混合：c（Na+）=c（CH3COO-）

D. Na2CO3溶液中：c（Na+）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（HCO-3）>c（H+ ）

解析 根據氯水中所含粒子的種類可知氯水中也含有氯氣分子，A設置了一個貌似物料守恒的式子而忽視了氯氣分子的存在，故A錯；根據Cl2+H2OHClO+H++Cl-，HCl完全電離 而HClO部分電離，可知正確的順序c（H+）>c（Cl-）>c（ClO-）>c（OH-），B錯；C項等物質的量的強堿與弱酸混合生成強堿弱酸鹽溶液顯堿性c（OH-）>c（H+），再根據溶液中電荷守恒可以判斷c（Na+）>c（CH3COO-） ；

答案：D正確

綜上所述，利用上述三大關系解題，避免了許多中間換算，使問題簡單化，更易被學生接受，且比較直接，也容易理解掌握；符合思維過程，即化繁為簡的思維方式，是解決問題的捷徑.