近期高二的老师、学生朋友们是不是都在被所谓的“三大守恒”(电荷守恒、物料守恒、质子守恒)折磨呢,群里也有朋友问了几次了,生化老龚今天就来和大家分享一下,解决这类题目的方法吧。对,没错,就是题目,解题。毕竟这类问题还是高考中的高频考点啊,高频啊……
嗯,不过,生化老龚一向认为,没有基础知识点的解题技巧,都是水上浮萍,根基浅。要么忘记,要么弄错。
好了,说了这么多,其实就是在向大家强调,我们要去理解这“三大守恒”。
在说守恒之前,我们先解释一个问题——虽然在这些守恒的题目中,出现的都是粒子浓度的关系式,但是,因为大家都在一个溶液中,所以浓度其实就是代表的物质的量,嗯,也就是各个粒子的浓度关系,就代表了他们数量的关系。
电荷守恒
来看第一个守恒——电荷守恒。这个我们在高一的“离子反应”中就接触过了,容老夫再叨叨一下它的含义:溶液中,阴阳离子所带正负电荷总量相等。
嗯,强调一下,这里说的是电荷的总量,电荷的总量,电荷的总量。千万别写成了离子的总量哦。什么意思呢?就是像铝离子这样的,我们都要给他一个系数3,因为,一个铝离子是带了3个正电荷的。这就叫电荷总量。如果你写的铝离子的系数为1,那基本上就是错的了。
好了,我们先看一个常见的例子,来总结电荷守恒的处理技巧吧——碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液中的电荷守恒:
1.先找出溶液中存在的离子,同时写出他们的系数,嗯,系数就和它们的电荷数相等:
2.根据离子所带的电荷,正的放左边,负得放右边,“=”一连接,就出来了:
嗯,就是这么轻松。不过,这里有个小的细节,不知道大家有没有发现,例子中,并没有告诉我们碳酸钠和碳酸氢钠的比例哦。也就是说,他们的浓度并不影响“电荷守恒”的等量关系,这再一次说明了,电荷守恒的等量关系,是建立在电荷总量上的。
这里我们再来看看两个常考的基于电荷守恒的变式:
第一个:25摄氏度,醋酸钠和醋酸的混合溶液中,pH=7时:
嗯,哎,种类就不够啊,错了吧。
生化老龚要告诉你,这式子是对的。没错,就是对的。纳尼?
嗯,大家要关注“pH=7时”这个条件啊,啥意思?就是氢离子和氢氧根浓度,既然相等,那左右两边约掉,就约掉吧。
第二个:在10ml浓度均为0.1mol/L NaOH和NH3.H2O混合溶液中,加入10ml 0.1mol/L的盐酸,则有:
对吗?不对吗?
这个式子,也是对的。纳尼?怎么又是对的?
嗯,又是一个需要关注的条件了,啥呢?就是钠离子和氯离子,我们看啊,在等式中,钠离子和氯离子都没有出现对不对,为啥没出现?看一下这俩货的物质的量,你就明白了。对吧,这里呢,容我卖个关子,大家先按我分享的方法,写一个电荷守恒,就明白了。
物料守恒
第二个守恒——物料守恒。酱说吧,你加到溶液里面去的元素,不会变多,也不会变少(别跟我提H、O啊),只是会存在相互的转化。嗯,比如这个碳酸根吧,在溶液中碳酸根会先水解成碳酸氢根,然后再水解成碳酸分子,but,C元素的总量却没有变化。所以呢,物料守恒就是建立在这个基础上的。
我们看看这个守恒的式子怎么写呢?同样来看一个例子:碳酸钠溶液
1.列出溶质粒子和他们电离水解的产物(氢离子和氢氧根就算了吧,因为物料守恒跟他俩没关系):
2.找出各离子的比例,可以相互转化的离子呢,看成一个整体:
3.根据比例关系,列出式子吧:
不过,在实际的做题中呢,我们大多遇到的都是判断正误的情况,我们就来根据这个特点对方法进行简化:来,上例子:
0.1 mol/L NaCO3与KHNO3等体积混合,则有:
这两个式子,好奇怪啊,都有分数在,什么鬼啊?
哈哈,来,我们从问题的本质出发(本质在手,分数我有)。
嗯,在这个混合后的溶液中,Na、K、C的物质的量的比是多少?是2:1:2。然后呢,我们就把这三个数字分别带入到等式中去啊。嗯,看到Na 的地方呢,就把Na换成2,K就换成1,所有的C加一起就是2。
特别强调一下,因为碳酸根会水解,所以,一定要找全他转化出来的所有粒子,只有所有粒子都在了,才能带入,不然,那就错了呀。
来,我们带入进去,看看等号,能不能成立呢,如果能成立,那就是对的。如果不能成立,那就错呗。在这里我就不带入算了(因为我懒)。
质子守恒
再来看看最后一个守恒——质子守恒。嗯,大家都说这是最难的一个。是吧?老夫不这样认为哦,老夫认为这是最简单的一个。
不说虚的,我们看本质,因为很多粒子,在水溶液中,会发生电离和水解。在这些过程中,总会涉及到结合氢离子,或者产生氢离子的情况。而溶液中的氢离子呢,也就是水结合的氢离子啊(水合氢离子)。所以呢,在溶液中就存在着这么两类情况——得到氢离子和失去氢离子。嗯,这就是质子守恒的本质,啥,为毛叫质子守恒?因为,氢离子就是质子啊(它既没有电子,又没有中子,不是质子还能是啥?)。
好,再啰嗦一遍,质子守恒,就是——溶液中得失质子总数相等。
那我们再用一个例子来说明一下,我们怎么比较快速的去写出质子守恒的式子。对,我们不用叠加“电荷守恒”和“物料守恒”的方法。
就这个吧,碳酸氢钠溶液:
1.列出溶质中会发生电离、水解的粒子(嗯,只写溶质的,不写产生的),和水分子:
2.然后分析,他们得失质子的产物,以及每个产物得失质子的数量(数量就代表他们的系数):
3.然后呢,得质子的产物加在一边,失质子的写在另一边:
大家可以用“电荷守恒”和“物料守恒”叠加的方法来加以验证,我就不展开验证了。
不过,这个只是单一的溶液,我们再来看看下面这个混合溶液。嗯,也不用太复杂,就碳酸钠和碳酸氢钠按2:3混合的溶液中的质子守恒:
嗯,其实步骤有点点差异:
第一步,分别写出碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液的质子守恒,这个我就不多说了:
第二步呢,就是找出混合的溶质之间的物质的量的比,然后,按比例叠加(就像方程组的叠加一样,不过,得质子的放一边,失质子的放一边,这样叠加才是对的),这里呢,就是:
嗯,这个,应该也不算难了吧。
好了,还有最后一个问题,在判断的时候,我们怎么先去确定一个等式,它到底是哪个守恒呢?肿么破?急,在线等……
客官莫及,方法来了。
如果等式中只有离子,没有分子,那就是电荷守恒(这不废话吗……分子哪有电荷啊)。
如果等式中有分子,但是没有氢离子和氢氧根,那就是物料守恒。
如果等式中既有分子,又有氢离子和氢氧根离子,那就是质子守恒。
是不是很简单。
最后我们总结一下,这类题的思路:先判断是哪个守恒,然后该咋地咋地。
相信大家已经按耐不住要去尝试了吧,去吧去吧……
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