追根求源

【摘要】提出從選定的零水準(zhǔn)出發(fā)，通過追根求源，列舉出相關(guān)質(zhì)子轉(zhuǎn)移方程式，進(jìn)而書寫出混合溶液的質(zhì)子平衡式；并從試題命制角度進(jìn)行深入思考分析，分類歸納總結(jié)，從而化難為易，實(shí)施意義教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】混合溶液；質(zhì)子平衡式

質(zhì)子平衡式作為酸堿溶液中H+求算的基礎(chǔ)，已成為電解質(zhì)溶液教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是歷屆各地高考命題的熱點(diǎn)。對(duì)于只含一種溶質(zhì)的溶液，簡單的酸堿平衡體系（如CH3COOH溶液），電荷平衡式就是質(zhì)子平衡式；復(fù)雜酸堿平衡體系（如NaHCO3溶液），可通過聯(lián)立物料平衡式和電荷平衡式求得，還可以根據(jù)酸堿平衡體系的組成通過狀態(tài)對(duì)比直接書寫。然而，對(duì)于含有多種溶質(zhì)的酸堿平衡體系（如Na2CO3和NaHCO3的混合溶液），大學(xué)分析化學(xué)中介紹得很少，中學(xué)教材中更是沒有，但近幾年的高考和模擬試題中的出現(xiàn)率卻越來越高，目前解決此類問題時(shí)一般都是采用上述聯(lián)立方程的方法解決[1][2]。由于大家都已意識(shí)到這種方法存在耗時(shí)多、錯(cuò)誤率高、化學(xué)含義不明等不足，近日，解決此類問題的新的方法正在不斷被挖掘[3]。筆者學(xué)習(xí)后以為平衡式及推導(dǎo)過程化學(xué)含義不明等不足仍未得到很好解決，因而將已經(jīng)過一輪教學(xué)實(shí)踐的“追根求源直寫法”介紹給大家。筆者以為，通過追根求源，能實(shí)現(xiàn)混合溶液質(zhì)子平衡式的快速書寫，且書寫過程能很好地體現(xiàn)微粒觀、守恒觀等化學(xué)觀念。

一、基本思想

依據(jù)酸堿質(zhì)子理論，酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，在酸堿反應(yīng)中，酸失去的質(zhì)子數(shù)與堿得到的質(zhì)子數(shù)一定相等，無論是單溶質(zhì)酸堿平衡體系，還是多溶質(zhì)酸堿平衡體系。因而，多溶質(zhì)酸堿平衡體系中存在的H+的量應(yīng)為失質(zhì)子物質(zhì)（即酸）提供質(zhì)子的量與得質(zhì)子物質(zhì)（即堿）消耗質(zhì)子的量之差，或體系中存在的OH-的量應(yīng)為堿提供OH-的量與酸消耗OH-的量之差。

二、基本步驟

第一步，選定零水準(zhǔn)。通常以溶液中大量存在的并參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的組分（一般為各溶質(zhì)和水）為零水準(zhǔn)。

第二步，確定質(zhì)子轉(zhuǎn)移。從零水準(zhǔn)出發(fā)，寫出所有相關(guān)的得失H+或OH-的方程式。

第三步，書寫質(zhì)子平衡式。根據(jù)質(zhì)子得失守恒原則，依據(jù)上述基本思想建立等式，注意濃度前的系數(shù)，得質(zhì)子的物質(zhì)比參考水準(zhǔn)多幾個(gè)H+，此物質(zhì)濃度前的系數(shù)即為幾；失質(zhì)子的物質(zhì)比參考水準(zhǔn)少幾個(gè)H+，此物質(zhì)濃度前的系數(shù)則為幾。得失OH-亦然。

三、方法舉例

（一）混合酸（堿）溶液

常見的混合酸溶液有強(qiáng)酸與強(qiáng)酸混合溶液，弱酸與弱酸混合溶液，強(qiáng)酸與弱酸混合溶液；常見的混合堿溶液有強(qiáng)堿與強(qiáng)堿混合溶液，弱堿與弱堿混合溶液，強(qiáng)堿與弱堿混合溶液等。

例1 試寫出c1mol/L HCl與c2mol/LCH3COOH混合溶液的質(zhì)子平衡式。

解析：選定零水準(zhǔn)為HCl、CH3COOH和H2O，提供H+的物質(zhì)及數(shù)目如表1所示。

質(zhì)子平衡式為：c（H+）= c（OH-）+ c（Cl-）+c（CH3COO-）

反思與命題策略：

（1）該類質(zhì)子平衡式形式上與電荷平衡式相同，但二者含義不同。

（2）命題時(shí)可根據(jù)HCl與CH3COOH之間的濃度關(guān)系進(jìn)行式變換，如當(dāng)c1=c2時(shí)，c（Cl-）= c（CH3COO-）+ c（CH3COOH），將此物料守恒關(guān)系代入上述質(zhì)子平衡式，可得下列質(zhì)子平衡式變式：c（H+）= c（OH-）+ c（CH3COOH）+2c（CH3COO-）。

（3）其他常見混合酸（堿）溶液質(zhì)子平衡式如表2所示。

（二）強(qiáng)酸（堿）與強(qiáng)酸（堿）弱堿（酸）鹽混合溶液

例2 試寫出c1mol/LNaOH與c2mol/LCH3COONa混合溶液的質(zhì)子平衡式。

解析：選定零水準(zhǔn)為NaOH、CH3COONa和H2O，提供OH-的物質(zhì)及數(shù)目如表3所示。

質(zhì)子平衡式為：c（OH-） = c（H+） + c1+c（CH3COOH）

反思與命題策略：

（1）命題時(shí)可根據(jù)NaOH與CH3COONa之間的濃度關(guān)系進(jìn)行式變換，如c1=c（Na+）- c（CH3COO-）- c（CH3COOH），將此物料守恒關(guān)系代入上述質(zhì)子平衡式，可得下列質(zhì)子平衡式變式：c（OH-）+ c（CH3COO-） = c（Na+）+ c（H+），此時(shí)質(zhì)子平衡式形式上與電荷平衡式相同，但二者含義不同。又如當(dāng)c1=c2時(shí)，c1= c（CH3COO-）+ c（CH3COOH），將此物料守恒關(guān)系代入上述質(zhì)子平衡式，可得下列質(zhì)子平衡式變式： c（OH-） = c（H+）+ 2c（CH3COOH）+c（CH3COO-）

（2）強(qiáng)酸（如HCl）與強(qiáng)酸弱堿鹽（如NH4Cl）混合液的質(zhì)子平衡式即為電荷平衡式：c（H+）+c（NH4+）= c（OH-）+c（Cl-）

（三）共軛酸堿對(duì)混合溶液

酸堿質(zhì)子理論強(qiáng)調(diào)酸與堿之間的相互依賴關(guān)系，酸給出質(zhì)子后生成相應(yīng)的堿，而堿結(jié)合質(zhì)子后又生成相應(yīng)的酸，酸與堿之間的這種依賴關(guān)系稱為酸堿共軛關(guān)系。相應(yīng)的一對(duì)酸堿被稱之為共軛酸堿對(duì)。高考時(shí)常考查的共軛酸堿對(duì)有NH4+-NH3，HCO3-+CO32-、CH3COOH-CH3COO-等。

例3 試寫出c1mol/L NaHCO3與c2mol/L Na2CO3混合溶液的質(zhì)子平衡式。

解析： 選定零水準(zhǔn)為NaHCO3、Na2CO3和H2O，提供、消耗OH-的物質(zhì)及數(shù)目如表4所示。

四、結(jié)束語

通過上述分析可以看出，書寫混合溶液的質(zhì)子平衡式關(guān)鍵是要仔細(xì)分析出體系中所有參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)方程式，然后再結(jié)合H+或OH-的來龍去脈，直接書寫出有明確化學(xué)含義的質(zhì)子平衡式，有時(shí)還需結(jié)合試題情境作適當(dāng)變化。另外，從質(zhì)子平衡式書寫結(jié)果來看，可以歸納為兩類，如表7所示。

【參考文獻(xiàn)】

[1]曹旭琴.緩沖溶液中的離子平衡[J].化學(xué)教學(xué)，2009（10）：63-64.

[2]茆建軍.溶液中離子濃度大小比較的解題策略[J].化學(xué)教學(xué)，2010（6）：71-75.

[3]曾應(yīng)超.用組分分離法書寫混合溶液的質(zhì)子守恒式[J].化學(xué)教學(xué)，2013（5）：70-71.

作者簡介：

陳世明，中學(xué)高級(jí)教師。1990年8月至2011年8月在揚(yáng)中縣中工作；2011年8月至2014年8月在揚(yáng)中市新壩中學(xué)工作；2014年8月至今在揚(yáng)中市第二高級(jí)中學(xué)工作。揚(yáng)中市學(xué)科帶頭人、鎮(zhèn)江市骨干教師，江蘇省中小學(xué)優(yōu)秀班主任。