化学三大守恒知识和例题.doc

三大守恒
电荷守恒
1 基本概念
　　1. 化合物中元素正负化合价代数和为零
　　2.指溶液必须保持电中性，即溶液中所有阳离子所带的电荷数等于所有阴离子所带的电荷数
　　3.除六大强酸，四大强碱外都水解，多元弱酸部分水解。产物中有分步水解时产物。参见例题Ⅳ
　　4.这个离子所带的电荷数是多少，离子前写几。例如：Na2CO3： c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO3 2-)
　　因为碳酸根为带两个单位的负电荷，所以碳酸根前有一个2。
　　例如:在 0.1mol/L NaHCO3溶液中
　　Ⅰ.CH3COONa： c(Na+)+c(H)=c(CH3COO-)+c(OH-)
　　Ⅱ.Na2CO3： c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO3 2-)
　　Ⅲ.NaHCO3： c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)
　　Ⅳ.Na3PO4： c(Na+)+c(H+)=3c(PO4 3-)+2c(HPO4 2-)+c(H2PO4-)+c(OH-)
2电荷守恒定律
　　物理学的基本定律之一 。它指出，对于一个孤立系统，不论发生什么变化 ，其中所有电荷的代数和永远保持不变。电荷守恒定律表明，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种符号的电荷，那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
3电荷守恒应用
　　所谓电荷守恒是指溶液中所有阳离子所带的正电荷总数与所有阴离子所带的负电荷总数相等。
　　1． 正确分析溶液中存在的阴阳离子是书写电荷守恒式的关键，需要结合电解质电离及盐类的水解知识，尤其是对多级电离或多级水解，不能有所遗漏。如Na2CO3溶液中存在如下电离和水解平衡：Na2CO3 ==2 Na+ +CO32-；CO32-+ H2O HCO3-+OH-；HCO3— +H2O H2CO3 +OH—；H2O H ++OH— 。所以溶液中阳离子有：Na+、H +，阴离子有：CO32—、 HCO3—、OH—。
　　2． 结合阴阳离子的数目及其所带的电荷可以写出：
　　N(Na+) +N(H +) = 2N(CO32—) + N( HCO3—) + N(OH—)
　　3．将上式两边同时除以NA得：n(Na+) +n(H +) = 2n(CO32—) + n( HCO3—) + n(OH—)；再同时除以溶液体积V得：C(Na+) +C(H +) = 2C(CO32—) + C( HCO3—) + C(OH—)，这就是Na2CO3溶液的电荷守恒式。电荷守恒式即溶液中所有阳离子的物质的量浓度与其所带电荷乘积之和等于所有阴离子的物质的量浓度与其所带电荷的绝对值乘积之和。
物料守恒
即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。也就是元素守恒，变化前后某种元素的原子个数守恒。
1 基本概念
　　物料守恒可以理解为原子守恒的另一种说法。就是说“任一化学反应前后原子种类（指原子核中质子数相等的原子，就是元素守恒）和数量分别保持不变”，可以微观地应用到具体反应方程式，就是左边带电代数和等于右边。其中的也可以理解为原子核，因为外围电子数可能有变，这时候可以结合电荷守恒来判断问题。可以微观地应用到具体反应方程式，就是左边（反应物）元素原子（核）个数种类与总数对应相等于右边（生成物）（当然也不会出现种类不同的情况）。物料守恒和电荷守恒质子守恒一样同为溶液中的三大守恒关系。
2 物料守恒应用
　　对于溶液中微粒浓度（或数目）的比较，要遵循两条原则：一是电荷守恒，即溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数；二是物料守恒，即溶液中某一组分的原始浓度应该等于它在溶液中各种存在形式的浓度之和。（物料守恒实际属于原子个数守恒和质量守恒。）
　　用NaHCO3溶液为例
　　如果HCO3-没有电离和水解，那么Na+和HCO3-浓度相等。
　　现在HCO3-会水解成为H2CO3，电离为CO32-（都是1：1反应，也就是消耗一个HCO3-，就产生一个H2CO3或者CO32-），那么守恒式中把Na+浓度和HCO3-及其产物的浓度和画等号（或直接看作钠与碳的守恒）：
　　即c(Na+) == c(HCO3-) + c(CO32-) + c(H2CO3)
　　再例：在0.1mol/L的H2S溶液中存在如下电离过程:
　　H2S=(H+) +(HS-)
　　(HS-)=(H+)+(S2-)
　　H2O=(H+)+(OH-)
　　可得物料守恒式c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)==0.1mol/L, （在这里物料守恒就是S元素守恒--描述出有S元素的离子和分子即可）
　　例3 ：Na2CO3溶液的电荷守恒、物料守恒、质子守恒
　　碳酸钠：电荷守恒
　　c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)
　　上式中，阴阳离子总电荷量要相等，由于1mol碳酸根电荷量是2mol负电荷，所以碳酸根所带电荷量是其物质的量的2倍。
　　物料守恒
　　c(Na+)是碳酸根离子物质的量的2倍，电离水解后，碳酸根以三种形式存在所以
　　c(Na+)=2[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
　　质子守恒
　　水电离出的c(H+)=c(OH-)
　　在碳酸钠水溶液中水电离出的氢离子以（H+，HCO3-,H2CO3）三种形式存在，其中1mol碳酸分子中有2mol水电离出的氢离子
　　所以c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
质子守恒
1 概念简述
　　质子守恒就是酸失去的质子和碱得到的质子数目相同，质子守恒和物料守恒，电荷守恒一样同为溶液中的三大守恒关系
2 质子守恒简析
化合物电荷
　　⒈ 化合物中元素正负化合价代数和为零
溶液电荷
　　⒉ 溶液中所有阳离子所带的正电荷总数等于所有阴离子所带的负电荷总数
　　例：NaHCO3 溶液中
　　C(H+)+C(Na+)=C(HCO3-)+2C(CO32-)+C(OH-) 这个式子叫电荷守恒
物料守恒
⒈ 含特定元素的微粒（离子或分子）守恒
⒉ 不同元素间形成的特定微粒比守恒
⒊ 特定微粒的来源关系守恒
　　例1：在0.1mol/LNa3PO4溶液中：
　　根据P元素形成微粒总量守恒有：c[PO43-]+c[HPO42-]+c[H2PO4-]+c[H3PO4]=0.1mol/L
　　根据Na与P形成微粒的关系有：c[Na+]=3c[PO43-]+3c[HPO42-]+3c[H2PO4-]+3c[H3PO4]
　　根据H2O电离出的H+与OH-守恒有：c[OH-]=c[HPO42-]+2c[H2PO4-]+3c[H3PO4]+c[H+]
　　例2：NaHCO3 溶液中
　　C(Na+)=C(HCO3-)+ C(CO32-)+C(H2CO3) 这个式子叫物料守恒
质子守恒也可以由电荷守恒和物料守恒关系联立得到 NaHCO3 溶液中
　　存在下列等式
　　C(H+)+C(Na+)=C(HCO3-)+2C(CO32-)+C(OH-) {电子守恒}
　　C(Na+)=C(HCO3-)+ C(CO32-)+C(H2CO3) {物料守恒}
　方法一：两式相减得
　　C（H+）+C（H2CO3）=C（CO32-）+C(OH-) 这个式子叫质子守恒。
　　方法二：由酸碱质子理论
　　原始物种：HCO3-，H2O
　　消耗质子产物H2CO3，产生质子产物CO32-，OH-
　　C（H+）=C（CO32-）+C(OH-) -C（H2CO3）即C（H+）+C（H2CO3）=C（CO32-）+C(OH-)
　　关系：剩余的质子数目等于产生质子的产物数目-消耗质子的产物数目
　　直接用酸碱质子理论求质子平衡关系比较简单，但要细心；如果用电荷守恒和物料守恒关系联立得到则比较麻烦，但比较保险
　　又如NaH2PO4溶液
　　原始物种：H2PO4-，H2O
　　消耗质子产物：H3PO4,产生质子产物：HPO42-（产生一个质子），PO43-（产生二个质子），OH-
　　所以：c（H+）=c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)-c（H3PO4）
　　你可以用电荷守恒和物料守恒联立验证下.
3 快速书写质子守恒的方法：
　　第一步：确定溶液的酸碱性，溶液显酸性，把氢离子浓度写在左边，反之则把氢氧根离子浓度写在左边。
　　第二步：根据溶液能电离出的离子和溶液中存在的离子，来补全等式右边。具体方法是，判断溶液你能直接电离出的离子是什么。然后选择能电离产生氢离子或者水解结合氢离子的离子为基准，用它和它电离或者水解之后的离子（这里我称它为对比离子）做比较，是多氢还是少氢，多N个氢，就减去N倍的该离子（对比离子）浓度。少N个氢离子，就减去N倍的该离子（对比离子）。
　　如碳酸氢钠溶液（NaHCO3）:
　　溶液显碱性，所以把氢氧根离子浓度写在左边，其次。判断出该溶液直接电离出的离子是钠离子和碳酸氢根，而能结合氢离子或电离氢离子的是碳酸氢根。其次以碳酸氢根为基准离子（因为碳酸氢钠直接电离产生碳酸根和钠离子，而钠离子不电离也不水解。）减去它电离之后的离子浓度，加上它水解生成的离子浓度。
　　便是：C（OH-）=C(H2CO3)-C(CO32-)+C(H+)

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