淺談電解質溶液中的物料守恒

摘 要：結合教學實踐，從定義出發，針對幾種常見錯誤的物料守恒式子進行了探討。

關鍵詞：電解質溶液；物料守恒；原始濃度；存在形式；書寫方法

在電解質溶液的三種守恒關系即電荷守恒、物料守恒和質子（H+）守恒中，電荷守恒相對來說比較簡單，學生容易掌握。質子守恒比較抽象最不好理解，但如果掌握了電荷守恒和物料守恒之后質子守恒也就不難把握。然而在教學中筆者發現部分學生沒能正確寫出物料守恒的式子，但有關電解質溶液的習題中經常要用到，下面以學生容易犯錯誤的幾種現象，對物料守恒進行探討。

一、物料守恒定義和守恒式子

物料守恒是指溶液中某一組分（或元素）的原始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和，也就是元素守恒，變化前后某種元素的原子個數守恒。例如，在0.1 molL Na2CO3溶液中，存在Na2CO3？壙2Na++CO32-，而CO32-發生如下水解反應：CO32-+H2O？壙HCO3-+OH-、HCO3-+H2O？壙H2CO3+OH-。由此可知，碳元素在溶液中以CO32-、HCO3-和H2CO3三種形式存在，又因為CO32-（或C）的原始濃度為0.1 molL，所以得出物料守恒式子即c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）=0.1 molL（特定元素的微粒守恒），而Na+始終不變即c（Na+）=0.2 molL，從而建立Na2CO3溶液中物料守恒式子為c（Na+）=2c（HCO3-）+2c（CO32-）+2c（H2CO3）（不同元素間形成的特定微粒比守恒）。在教學中教師必須反復強調定義，并結合實例評析才能易于學生領會。

二、兩種常見錯誤的物料守恒式子評析

1.沒有弄清物質在溶液中的存在形式

如，0.1 molL NaHCO3溶液中，有少數學生寫出的物料守恒式子為c（Na+）=c（HCO3-）+c（H2CO3）（錯誤）。正確分析為：在溶液中，NaHCO3？壙Na++HCO3-，HCO3-在溶液中存在如下平衡：HCO3-+H2O？壙H2CO3+OH-和HCO3-？壙CO32-+H+，所以碳元素在溶液中以HCO3-、H2CO3和CO32-三種形式存在，又因為HCO3-（或C）的原始濃度為0.1 molL，所以得出NaHCO3溶液中物料守恒式子為c（Na+）=c（HCO3-）+c（H2CO3）+c（CO32-）。

2.沒有弄清楚不同元素間形成的特定微粒比

如，Na2S溶液中的物料守恒寫成c（Na+）=c（S2-）+c（HS-）+c（H2S）（錯誤），正確分析為：在Na2S溶液中，Na2S？壙2Na++S2-，S2-+H2O？壙HS-+OH-、HS-+H2O？壙H2S+OH-，因此S元素以S2-、HS-、H2S三種形式存在，但無論如何，Na原子的物質的量總是S原子物質的量的2倍，根據定義得出c（Na+）=2[c（S2-）+c（HS-）+c（H2S）]=2c（S2-）+2c（HS-）+2c（H2S）。對于此類沒有給出物質的量濃度的電解質溶液，學生比較容易弄錯，此時我們可以假設Na2S的物質的量濃度為0.1 molL，再結合Na2S溶液中電離方程式以及水解方程式就可正確得出物料守恒式子。

三、書寫物料守恒式子的方法和步驟

第一步：正確寫出電解質在溶液中的各種方程式。如，K3PO4溶液中存在如下方程式：（1）K3PO4？壙3K++PO43-，（2）PO43-+H2O？壙HPO42-+OH-，（3）HPO42-+H2O？壙H2PO4-+OH-，（4）H2PO4-+H2O？壙H3PO4+OH-。

第二步：根據步驟一寫出特定元素（P）的守恒式子。假設K3PO4溶液的濃度為0.1 molL，則得出c（PO43-）+c（HPO42-）+c（H2PO4-）+c（H3PO4）=0.1 molL。

第三步：寫出不同元素間形成的特定微粒比守恒。由步驟二和步驟一中的（1）知，c（K+）=0.3 molL，從而建立c（K+）=3c（PO43-）+3c（HPO42-）+3c（H2PO4-）+3c（H3PO4）。

以上步驟一是關鍵，步驟二對部分學生來說有難度，若漏掉其中一個方程式都有可能導致結果錯誤。當然，有些電解質溶液不僅存在水解平衡，還可能存在電離平衡，如本文前述提到的NaHCO3溶液以及其他的弱酸的酸式鹽溶液，書寫物料守恒式子時一定要全部考慮才能避免錯誤。

物料守恒在很多電解質溶液的習題中經常考到，教師在教學中應注意抓住學生犯錯誤的原因并及時引導，使他們熟練物料守恒式子，并將其與電荷守恒式子聯立得出質子守恒式子，這樣就可解決電解質溶液許多問題，因此，教師在教學中必須加強學生對物料守恒式子的書寫。

參考文獻：

唐紀軒.談電解質溶液中的質子守恒[J].中學生數理化：高二版，2008（10）.

（作者單位 廣西壯族自治區來賓市武宣縣中學）