電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系推導(dǎo)策略之闡釋

佘永

摘要：電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)需采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。闡述了推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理：電荷守恒原理、物料守恒原理及質(zhì)子守恒原理，并著重詮釋了其形成的理論依據(jù)；同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納出兩個(gè)法則：微弱法則和主次法則。旨在教學(xué)中能幫助學(xué)生便捷、有效地掌握相關(guān)知識(shí)和解題技巧。

關(guān)鍵詞：微粒濃度；電解質(zhì)溶液；守恒原理

文章編號(hào)：1005–6629（2014）7–0081–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)是高考試卷中的常見(jiàn)題型，也是平時(shí)教學(xué)過(guò)程中令師生都感到棘手的難點(diǎn)之一，究其根本原因在于教師未講清楚，學(xué)生弄不明白，依葫蘆畫(huà)瓢的結(jié)果可想而知。過(guò)去雖有不少文章涉及此命題，但也多為結(jié)論總結(jié)性內(nèi)容，往往只重結(jié)果而無(wú)視推導(dǎo)方法及過(guò)程，對(duì)教與學(xué)的啟示作用并不明顯。實(shí)際上只要教學(xué)策略適當(dāng)，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈交代清楚，問(wèn)題便可迎刃而解。本文從推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理出發(fā)，深挖其形成的理論依據(jù)，再結(jié)合平時(shí)教學(xué)過(guò)程中總結(jié)歸納出的兩個(gè)法則，深入淺出，讓學(xué)生既能知其然也能知其所以然。

1 三個(gè)原理

1.1 電荷守恒原理

由于電解質(zhì)溶液呈電中性，故電解質(zhì)溶液中各種陽(yáng)離子所帶正電荷數(shù)的總和等于各種陰離子所帶負(fù)電荷數(shù)的總和。該原則主要應(yīng)用于溶液中所有陰、陽(yáng)離子間濃度關(guān)系的推導(dǎo)。

例：在K2CO3溶液中存在如下關(guān)系：

需指明的是某種離子的電荷濃度應(yīng)等于該離子的濃度乘以該離子所帶的電荷數(shù)，這是電荷守恒關(guān)系式推導(dǎo)的關(guān)鍵，也是最容易出錯(cuò)的地方。

1.2 物料守恒原理

答案：C

1.3 質(zhì)子守恒原理

在電解質(zhì)溶液中質(zhì)子（H+）不可能無(wú)緣無(wú)故地得到也不可能無(wú)緣無(wú)故地失去，某些微粒得到和失去的質(zhì)子總數(shù)必然相等，此即質(zhì)子守恒。首先應(yīng)明確電解質(zhì)溶液中有哪些初始微粒可能發(fā)生質(zhì)子的得與失，這些微粒通常是組成電解質(zhì)的酸堿成分和溶劑分子，一般定為“基準(zhǔn)物質(zhì)”[1]，然后用基準(zhǔn)物質(zhì)得失質(zhì)子后的產(chǎn)物的物質(zhì)的量來(lái)表示得失質(zhì)子的物質(zhì)的量，得出相應(yīng)的關(guān)系式，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的量濃度的表達(dá)式即可。

該式也可以理解為H原子的物料守恒，由于該溶液中只有溶劑水分子能提供質(zhì)子，故H+的各種存在形式的濃度之和應(yīng)等于水電離出的OH-的濃度。需注意的是其中2c（H2CO3）表示生成H2CO3分子消耗的質(zhì)子數(shù)是H2CO3分子數(shù)目的2倍，這是推導(dǎo)質(zhì)子守恒表達(dá)式的關(guān)鍵。

2 兩個(gè)法則

若要比較電解質(zhì)溶液中的微粒濃度大小關(guān)系，還需掌握以下兩個(gè)法則：

2.1 微弱法則

弱電解質(zhì)在水溶液中部分電離，這里的部分電離是指電離程度很小，例如25℃時(shí)0.1 mol·L-1 CH3COOH的pKa=4.76[2]，即Ka=1.73×10-5，據(jù)此可以計(jì)算出CH3COOH的電離度僅為1.3%左右，故可以認(rèn)為是微弱電離，謂之弱電解質(zhì)微弱電離法則。這樣一來(lái)，電離產(chǎn)物的濃度一般就遠(yuǎn)小于未電離部分，如電解質(zhì)分子的濃度。

上述討論的題型中只存在電解質(zhì)的電離或水解一種平衡，若溶液中同時(shí)存在電離和水解兩種平衡狀態(tài)，推導(dǎo)過(guò)程中就要考慮兩種平衡的主次之分了。

再如等濃度等體積的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，抓住微粒在初始狀態(tài)時(shí)的瞬間濃度關(guān)系，不考慮電離和水解則有c（CH3COOH）起始=c（Na+）= c（CH3COO-）起始，實(shí)際上CH3COOH要電離，CH3COO-要水解，導(dǎo)致其濃度發(fā)生改變，結(jié)合主次法則可得：

c（CH3COOH）起始↓↑=c（Na+）=c（CH3COO-）起始↓↑

箭頭的長(zhǎng)短表示增減幅度不等，這樣平衡濃度的大小關(guān)系自然一目了然，而這種推導(dǎo)方法既形象又直觀，易于學(xué)生理解和把握。

例2 （2012江蘇高考）25℃時(shí)，有c（CH3COOH）+ c（CH3COO-）=0.1 mol·L-1的一組醋酸、醋酸鈉混合溶液，溶液中c（CH3COOH）、c（CH3COO-）與pH的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)溶液中離子濃度關(guān)系的敘述正確的是（ ）

D.向W點(diǎn)所表示的1.0 L溶液中通入0.05 mol HCl氣體（溶液體積變化可忽略）：

c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）

解析：解答此類題型首先必須讀懂圖給信息，要抓住縱橫坐標(biāo)的含義、曲線的走向及起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)和終點(diǎn)等關(guān)鍵信息。如圖：當(dāng)pH=5.5時(shí)，c（CH3COO-）>c（CH3COOH），A選項(xiàng)錯(cuò)誤；W點(diǎn)：c（CH3COO-）= c（CH3COOH），又電荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）；若向W點(diǎn)1.0 L此溶液中通入HCl 0.05 mol，此時(shí)溶液恰好變?yōu)镃H3COOH和NaCl的混合液，c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），根據(jù)微弱法則可知此時(shí)c（CH3COO-）<

答案：BC

當(dāng)然處理具體問(wèn)題時(shí)還需綜合考慮各種因素，特別需要注意的是要結(jié)合題目所給信息具體問(wèn)題具體分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]華中師范大學(xué)等主編.分析化學(xué)（上冊(cè)第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001：92～93.

[2][3][4][5][6][7]顧慶超等主編.新編化學(xué)用表[K].南京：江蘇教育出版社，1998：1407～1411.

摘要：電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)需采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。闡述了推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理：電荷守恒原理、物料守恒原理及質(zhì)子守恒原理，并著重詮釋了其形成的理論依據(jù)；同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納出兩個(gè)法則：微弱法則和主次法則。旨在教學(xué)中能幫助學(xué)生便捷、有效地掌握相關(guān)知識(shí)和解題技巧。

關(guān)鍵詞：微粒濃度；電解質(zhì)溶液；守恒原理

文章編號(hào)：1005–6629（2014）7–0081–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)是高考試卷中的常見(jiàn)題型，也是平時(shí)教學(xué)過(guò)程中令師生都感到棘手的難點(diǎn)之一，究其根本原因在于教師未講清楚，學(xué)生弄不明白，依葫蘆畫(huà)瓢的結(jié)果可想而知。過(guò)去雖有不少文章涉及此命題，但也多為結(jié)論總結(jié)性內(nèi)容，往往只重結(jié)果而無(wú)視推導(dǎo)方法及過(guò)程，對(duì)教與學(xué)的啟示作用并不明顯。實(shí)際上只要教學(xué)策略適當(dāng)，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈交代清楚，問(wèn)題便可迎刃而解。本文從推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理出發(fā)，深挖其形成的理論依據(jù)，再結(jié)合平時(shí)教學(xué)過(guò)程中總結(jié)歸納出的兩個(gè)法則，深入淺出，讓學(xué)生既能知其然也能知其所以然。

1 三個(gè)原理

1.1 電荷守恒原理

由于電解質(zhì)溶液呈電中性，故電解質(zhì)溶液中各種陽(yáng)離子所帶正電荷數(shù)的總和等于各種陰離子所帶負(fù)電荷數(shù)的總和。該原則主要應(yīng)用于溶液中所有陰、陽(yáng)離子間濃度關(guān)系的推導(dǎo)。

例：在K2CO3溶液中存在如下關(guān)系：

需指明的是某種離子的電荷濃度應(yīng)等于該離子的濃度乘以該離子所帶的電荷數(shù)，這是電荷守恒關(guān)系式推導(dǎo)的關(guān)鍵，也是最容易出錯(cuò)的地方。

1.2 物料守恒原理

答案：C

1.3 質(zhì)子守恒原理

在電解質(zhì)溶液中質(zhì)子（H+）不可能無(wú)緣無(wú)故地得到也不可能無(wú)緣無(wú)故地失去，某些微粒得到和失去的質(zhì)子總數(shù)必然相等，此即質(zhì)子守恒。首先應(yīng)明確電解質(zhì)溶液中有哪些初始微粒可能發(fā)生質(zhì)子的得與失，這些微粒通常是組成電解質(zhì)的酸堿成分和溶劑分子，一般定為“基準(zhǔn)物質(zhì)”[1]，然后用基準(zhǔn)物質(zhì)得失質(zhì)子后的產(chǎn)物的物質(zhì)的量來(lái)表示得失質(zhì)子的物質(zhì)的量，得出相應(yīng)的關(guān)系式，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的量濃度的表達(dá)式即可。

該式也可以理解為H原子的物料守恒，由于該溶液中只有溶劑水分子能提供質(zhì)子，故H+的各種存在形式的濃度之和應(yīng)等于水電離出的OH-的濃度。需注意的是其中2c（H2CO3）表示生成H2CO3分子消耗的質(zhì)子數(shù)是H2CO3分子數(shù)目的2倍，這是推導(dǎo)質(zhì)子守恒表達(dá)式的關(guān)鍵。

2 兩個(gè)法則

若要比較電解質(zhì)溶液中的微粒濃度大小關(guān)系，還需掌握以下兩個(gè)法則：

2.1 微弱法則

弱電解質(zhì)在水溶液中部分電離，這里的部分電離是指電離程度很小，例如25℃時(shí)0.1 mol·L-1 CH3COOH的pKa=4.76[2]，即Ka=1.73×10-5，據(jù)此可以計(jì)算出CH3COOH的電離度僅為1.3%左右，故可以認(rèn)為是微弱電離，謂之弱電解質(zhì)微弱電離法則。這樣一來(lái)，電離產(chǎn)物的濃度一般就遠(yuǎn)小于未電離部分，如電解質(zhì)分子的濃度。

上述討論的題型中只存在電解質(zhì)的電離或水解一種平衡，若溶液中同時(shí)存在電離和水解兩種平衡狀態(tài)，推導(dǎo)過(guò)程中就要考慮兩種平衡的主次之分了。

再如等濃度等體積的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，抓住微粒在初始狀態(tài)時(shí)的瞬間濃度關(guān)系，不考慮電離和水解則有c（CH3COOH）起始=c（Na+）= c（CH3COO-）起始，實(shí)際上CH3COOH要電離，CH3COO-要水解，導(dǎo)致其濃度發(fā)生改變，結(jié)合主次法則可得：

c（CH3COOH）起始↓↑=c（Na+）=c（CH3COO-）起始↓↑

箭頭的長(zhǎng)短表示增減幅度不等，這樣平衡濃度的大小關(guān)系自然一目了然，而這種推導(dǎo)方法既形象又直觀，易于學(xué)生理解和把握。

例2 （2012江蘇高考）25℃時(shí)，有c（CH3COOH）+ c（CH3COO-）=0.1 mol·L-1的一組醋酸、醋酸鈉混合溶液，溶液中c（CH3COOH）、c（CH3COO-）與pH的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)溶液中離子濃度關(guān)系的敘述正確的是（ ）

D.向W點(diǎn)所表示的1.0 L溶液中通入0.05 mol HCl氣體（溶液體積變化可忽略）：

c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）

解析：解答此類題型首先必須讀懂圖給信息，要抓住縱橫坐標(biāo)的含義、曲線的走向及起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)和終點(diǎn)等關(guān)鍵信息。如圖：當(dāng)pH=5.5時(shí)，c（CH3COO-）>c（CH3COOH），A選項(xiàng)錯(cuò)誤；W點(diǎn)：c（CH3COO-）= c（CH3COOH），又電荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）；若向W點(diǎn)1.0 L此溶液中通入HCl 0.05 mol，此時(shí)溶液恰好變?yōu)镃H3COOH和NaCl的混合液，c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），根據(jù)微弱法則可知此時(shí)c（CH3COO-）<

答案：BC

當(dāng)然處理具體問(wèn)題時(shí)還需綜合考慮各種因素，特別需要注意的是要結(jié)合題目所給信息具體問(wèn)題具體分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]華中師范大學(xué)等主編.分析化學(xué)（上冊(cè)第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001：92～93.

[2][3][4][5][6][7]顧慶超等主編.新編化學(xué)用表[K].南京：江蘇教育出版社，1998：1407～1411.

摘要：電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)需采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。闡述了推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理：電荷守恒原理、物料守恒原理及質(zhì)子守恒原理，并著重詮釋了其形成的理論依據(jù)；同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納出兩個(gè)法則：微弱法則和主次法則。旨在教學(xué)中能幫助學(xué)生便捷、有效地掌握相關(guān)知識(shí)和解題技巧。

關(guān)鍵詞：微粒濃度；電解質(zhì)溶液；守恒原理

文章編號(hào)：1005–6629（2014）7–0081–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解質(zhì)溶液中微粒間濃度關(guān)系的推導(dǎo)是高考試卷中的常見(jiàn)題型，也是平時(shí)教學(xué)過(guò)程中令師生都感到棘手的難點(diǎn)之一，究其根本原因在于教師未講清楚，學(xué)生弄不明白，依葫蘆畫(huà)瓢的結(jié)果可想而知。過(guò)去雖有不少文章涉及此命題，但也多為結(jié)論總結(jié)性內(nèi)容，往往只重結(jié)果而無(wú)視推導(dǎo)方法及過(guò)程，對(duì)教與學(xué)的啟示作用并不明顯。實(shí)際上只要教學(xué)策略適當(dāng)，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈交代清楚，問(wèn)題便可迎刃而解。本文從推導(dǎo)過(guò)程中需遵循的三個(gè)原理出發(fā)，深挖其形成的理論依據(jù)，再結(jié)合平時(shí)教學(xué)過(guò)程中總結(jié)歸納出的兩個(gè)法則，深入淺出，讓學(xué)生既能知其然也能知其所以然。

1 三個(gè)原理

1.1 電荷守恒原理

由于電解質(zhì)溶液呈電中性，故電解質(zhì)溶液中各種陽(yáng)離子所帶正電荷數(shù)的總和等于各種陰離子所帶負(fù)電荷數(shù)的總和。該原則主要應(yīng)用于溶液中所有陰、陽(yáng)離子間濃度關(guān)系的推導(dǎo)。

例：在K2CO3溶液中存在如下關(guān)系：

需指明的是某種離子的電荷濃度應(yīng)等于該離子的濃度乘以該離子所帶的電荷數(shù)，這是電荷守恒關(guān)系式推導(dǎo)的關(guān)鍵，也是最容易出錯(cuò)的地方。

1.2 物料守恒原理

答案：C

1.3 質(zhì)子守恒原理

在電解質(zhì)溶液中質(zhì)子（H+）不可能無(wú)緣無(wú)故地得到也不可能無(wú)緣無(wú)故地失去，某些微粒得到和失去的質(zhì)子總數(shù)必然相等，此即質(zhì)子守恒。首先應(yīng)明確電解質(zhì)溶液中有哪些初始微粒可能發(fā)生質(zhì)子的得與失，這些微粒通常是組成電解質(zhì)的酸堿成分和溶劑分子，一般定為“基準(zhǔn)物質(zhì)”[1]，然后用基準(zhǔn)物質(zhì)得失質(zhì)子后的產(chǎn)物的物質(zhì)的量來(lái)表示得失質(zhì)子的物質(zhì)的量，得出相應(yīng)的關(guān)系式，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的量濃度的表達(dá)式即可。

該式也可以理解為H原子的物料守恒，由于該溶液中只有溶劑水分子能提供質(zhì)子，故H+的各種存在形式的濃度之和應(yīng)等于水電離出的OH-的濃度。需注意的是其中2c（H2CO3）表示生成H2CO3分子消耗的質(zhì)子數(shù)是H2CO3分子數(shù)目的2倍，這是推導(dǎo)質(zhì)子守恒表達(dá)式的關(guān)鍵。

2 兩個(gè)法則

若要比較電解質(zhì)溶液中的微粒濃度大小關(guān)系，還需掌握以下兩個(gè)法則：

2.1 微弱法則

弱電解質(zhì)在水溶液中部分電離，這里的部分電離是指電離程度很小，例如25℃時(shí)0.1 mol·L-1 CH3COOH的pKa=4.76[2]，即Ka=1.73×10-5，據(jù)此可以計(jì)算出CH3COOH的電離度僅為1.3%左右，故可以認(rèn)為是微弱電離，謂之弱電解質(zhì)微弱電離法則。這樣一來(lái)，電離產(chǎn)物的濃度一般就遠(yuǎn)小于未電離部分，如電解質(zhì)分子的濃度。

上述討論的題型中只存在電解質(zhì)的電離或水解一種平衡，若溶液中同時(shí)存在電離和水解兩種平衡狀態(tài)，推導(dǎo)過(guò)程中就要考慮兩種平衡的主次之分了。

再如等濃度等體積的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，抓住微粒在初始狀態(tài)時(shí)的瞬間濃度關(guān)系，不考慮電離和水解則有c（CH3COOH）起始=c（Na+）= c（CH3COO-）起始，實(shí)際上CH3COOH要電離，CH3COO-要水解，導(dǎo)致其濃度發(fā)生改變，結(jié)合主次法則可得：

c（CH3COOH）起始↓↑=c（Na+）=c（CH3COO-）起始↓↑

箭頭的長(zhǎng)短表示增減幅度不等，這樣平衡濃度的大小關(guān)系自然一目了然，而這種推導(dǎo)方法既形象又直觀，易于學(xué)生理解和把握。

例2 （2012江蘇高考）25℃時(shí)，有c（CH3COOH）+ c（CH3COO-）=0.1 mol·L-1的一組醋酸、醋酸鈉混合溶液，溶液中c（CH3COOH）、c（CH3COO-）與pH的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)溶液中離子濃度關(guān)系的敘述正確的是（ ）

D.向W點(diǎn)所表示的1.0 L溶液中通入0.05 mol HCl氣體（溶液體積變化可忽略）：

c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）

解析：解答此類題型首先必須讀懂圖給信息，要抓住縱橫坐標(biāo)的含義、曲線的走向及起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)和終點(diǎn)等關(guān)鍵信息。如圖：當(dāng)pH=5.5時(shí)，c（CH3COO-）>c（CH3COOH），A選項(xiàng)錯(cuò)誤；W點(diǎn)：c（CH3COO-）= c（CH3COOH），又電荷守恒可得：c（Na+）+c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），所以c（Na+）+c（H+）=c（CH3COOH）+c（OH-）；若向W點(diǎn)1.0 L此溶液中通入HCl 0.05 mol，此時(shí)溶液恰好變?yōu)镃H3COOH和NaCl的混合液，c（H+）=c（CH3COO-）+c（OH-），根據(jù)微弱法則可知此時(shí)c（CH3COO-）<

答案：BC

當(dāng)然處理具體問(wèn)題時(shí)還需綜合考慮各種因素，特別需要注意的是要結(jié)合題目所給信息具體問(wèn)題具體分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]華中師范大學(xué)等主編.分析化學(xué)（上冊(cè)第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001：92～93.

[2][3][4][5][6][7]顧慶超等主編.新編化學(xué)用表[K].南京：江蘇教育出版社，1998：1407～1411.