再探圖示法解決質子守恒

李鵬飛

(安徽省安慶野寨中學 246309)

電解質溶液的三大守恒—電荷守恒、物料守恒、質子守恒是歷年高考的熱點與難點，而大學數學生書寫溶液的質子守恒時，通常利用電荷-物料守恒法得到，導致此類題目的錯誤率較高.因而出現了新的方法—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單一溶液的質子守恒.2013年，林飛、戴潔老師指出圖示法是解決混合溶液質子守恒的最佳方法.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.

下面通過實例對圖示法進行研究.

一、單一溶液的質子守恒

例1 寫出Na2CO3溶液的質子守恒.

1.圖示法

2.電荷-物料守恒法

點評此例中，圖示法解決質子守恒直觀簡潔，不易出錯，并能反映質子守恒的本質，對于其它的單一溶液，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

點評此例中，兩個方法得到的結果一致，電荷-物料守恒法過程非常繁雜，但利用此法可以得到3個質子守恒式，而圖示法只能得到1個質子守恒.因此，有時電荷-物料守恒法解決無共軛酸堿混合體系的混合液的質子守恒時有不可替代的作用.

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子守恒題》中指出：用圖示法解決共軛酸堿體系的混合液時需要選擇2個參考水準.

分別選擇CH3COOH和H2O、CH3COO-和H2O兩個參考水準:

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-)

點評用圖示法解決共軛酸堿體系混合液首先需要選擇2個參考水準，過程比電荷-物料法復雜，不易被學生掌握.還有為什么選擇兩個參考水準就能得到正確的質子守恒呢？在CH3COOH與CH3COONa混合液中，CH3COOH發生電離，CH3COO-發生水解，因此1個圖示寫不出質子守恒.但若考慮凈過程，則問題就變得簡單了，若CH3COOH的電離濃度大于CH3COO-的水解濃度，則認為只發生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，則認為只發生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相當于兩種極限狀態，但實際上表達的是同一溶液的質子守恒，兩個式子是等效的，因此可以得到正確的結論.

通過對圖示法解決共軛酸堿共軛體系混合液的質子守恒的原理探究，筆者發現：溶液中的質子守恒與過程無關，只與溶液的始末狀態有關，類似與化學平衡狀態與投料方式無關.因此提出了一種解決混合溶液中質子守恒的新方法—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，分別得到的質子守恒應該也是等效的.

四、等效拆分法解決混合溶液的質子守恒

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

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論一致.

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

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

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子守恒.對于單一溶液，圖示法過程直觀簡潔，不易出錯，而且能反映出質子守恒的本質.對于無共軛酸堿體系的混合溶液，圖示法仍然簡潔直觀，但只能得到1個質子守恒，而電荷-物料法可得到多個質子守恒的等效式.對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，此時用等效拆分法可以很快的寫出質子守恒.