追根求源

【摘要】提出從選定的零水準出發，通過追根求源，列舉出相關質子轉移方程式，進而書寫出混合溶液的質子平衡式；并從試題命制角度進行深入思考分析，分類歸納總結，從而化難為易，實施意義教學。

【關鍵詞】混合溶液；質子平衡式

質子平衡式作為酸堿溶液中H+求算的基礎，已成為電解質溶液教學的重點和難點，也是歷屆各地高考命題的熱點。對于只含一種溶質的溶液，簡單的酸堿平衡體系（如CH3COOH溶液），電荷平衡式就是質子平衡式；復雜酸堿平衡體系（如NaHCO3溶液），可通過聯立物料平衡式和電荷平衡式求得，還可以根據酸堿平衡體系的組成通過狀態對比直接書寫。然而，對于含有多種溶質的酸堿平衡體系（如Na2CO3和NaHCO3的混合溶液），大學分析化學中介紹得很少，中學教材中更是沒有，但近幾年的高考和模擬試題中的出現率卻越來越高，目前解決此類問題時一般都是采用上述聯立方程的方法解決[1][2]。由于大家都已意識到這種方法存在耗時多、錯誤率高、化學含義不明等不足，近日，解決此類問題的新的方法正在不斷被挖掘[3]。筆者學習后以為平衡式及推導過程化學含義不明等不足仍未得到很好解決，因而將已經過一輪教學實踐的“追根求源直寫法”介紹給大家。筆者以為，通過追根求源，能實現混合溶液質子平衡式的快速書寫，且書寫過程能很好地體現微粒觀、守恒觀等化學觀念。

一、基本思想

依據酸堿質子理論，酸堿反應的實質是質子的轉移，在酸堿反應中，酸失去的質子數與堿得到的質子數一定相等，無論是單溶質酸堿平衡體系，還是多溶質酸堿平衡體系。因而，多溶質酸堿平衡體系中存在的H+的量應為失質子物質（即酸）提供質子的量與得質子物質（即堿）消耗質子的量之差，或體系中存在的OH-的量應為堿提供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。通常以溶液中大量存在的并參與質子轉移的組分（一般為各溶質和水）為零水準。

第二步，確定質子轉移。從零水準出發，寫出所有相關的得失H+或OH-的方程式。

第三步，書寫質子平衡式。根據質子得失守恒原則，依據上述基本思想建立等式，注意濃度前的系數，得質子的物質比參考水準多幾個H+，此物質濃度前的系數即為幾；失質子的物質比參考水準少幾個H+，此物質濃度前的系數則為幾。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酸與強酸混合溶液，弱酸與弱酸混合溶液，強酸與弱酸混合溶液；常見的混合堿溶液有強堿與強堿混合溶液，弱堿與弱堿混合溶液，強堿與弱堿混合溶液等。

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

解析：選定零水準為HCl、CH3COOH和H2O，提供H+的物質及數目如表1所示。

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

反思與命題策略：

（1）該類質子平衡式形式上與電荷平衡式相同，但二者含義不同。

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

（3）其他常見混合酸（堿）溶液質子平衡式如表2所示。

（二）強酸（堿）與強酸（堿）弱堿（酸）鹽混合溶液

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

解析：選定零水準為NaOH、CH3COONa和H2O，提供OH-的物質及數目如表3所示。

質子平衡式為：c（OH-） = c（H+） + c1+c（CH3COOH）

反思與命題策略：

（1）命題時可根據NaOH與CH3COONa之間的濃度關系進行式變換，如c1=c（Na+）- c（CH3COO-）- c（CH3COOH），將此物料守恒關系代入上述質子平衡式，可得下列質子平衡式變式：c（OH-）+ c（CH3COO-） = c（Na+）+ c（H+），此時質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c1=c2時，c1= c（CH3COO-）+ c（CH3COOH），將此物料守恒關系代入上述質子平衡式，可得下列質子平衡式變式： c（OH-） = c（H+）+ 2c（CH3COOH）+c（CH3COO-）

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

（三）共軛酸堿對混合溶液

酸堿質子理論強調酸與堿之間的相互依賴關系，酸給出質子后生成相應的堿，而堿結合質子后又生成相應的酸，酸與堿之間的這種依賴關系稱為酸堿共軛關系。相應的一對酸堿被稱之為共軛酸堿對。高考時常考查的共軛酸堿對有NH4+-NH3，HCO3-+CO32-、CH3COOH-CH3COO-等。

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

解析： 選定零水準為NaHCO3、Na2CO3和H2O，提供、消耗OH-的物質及數目如表4所示。

四、結束語

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

【參考文獻】

[1]曹旭琴.緩沖溶液中的離子平衡[J].化學教學，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].化學教學，2010（6）：71-75.

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

作者簡介：

陳世明，中學高級教師。1990年8月至2011年8月在揚中縣中工作；2011年8月至2014年8月在揚中市新壩中學工作；2014年8月至今在揚中市第二高級中學工作。揚中市學科帶頭人、鎮江市骨干教師，江蘇省中小學優秀班主任。