電解質溶液中的三大守恒

張堅

摘 要：電解質溶液中的三大守恒是高中化學主要考點，很多學生對這部分知識理解不深，不能很好地從定量的角度進行解題，也無法從模型認知方面定位學習，本文擬從解決實際問題入手，幫助師生探究電解質溶液中的三大守恒。

關鍵詞：電解質溶液;電荷守恒;物料守恒;質子守恒

在高三復習中，“電荷守恒”“物料守恒”和“質子守恒”并稱為電解質溶液中的三大守恒，是高考的必考點，但也是教學中的難點，很多學生不能從本質上理解三大守恒要考核的化學核心素養和學科能力，導致得分率一直很低，為了更好地突破難點，本文從以下幾個方面進行分析，以幫助學生更好地理解和掌握。

一、三大守恒涉及的化學核心素養

要理解三大守恒，必須了解三大守恒涉及的化學核心素養，從三大守恒的表達式及成因看，涉及“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理和模型認知”等核心素養，在考查學生解決實際問題能力的同時，也考查學生對弱電解質的電離平衡、鹽類的水解平衡和沉淀溶解平衡等三大平衡的理解，并通過三大守恒的學習，培養學生的微粒觀、平衡觀和守恒觀。

教師在教學中，不能僅限于解決幾個題目，而是要通過解題，引導學生樹立化學的思想，建立電解質在水溶液中行為的“微粒作用觀”，深化“宏觀——微觀——符號”三種表征的化學學科思維。在三大守恒的學習中，學生需要掌握以下幾點：

（1）認識溶液系統中微粒的種類、來源、作用以及結果等。

（2）建構“微粒來源——微粒種類——微粒作用及結果”的認識思路。

（3）分析溶液中各種微粒的定量關系。

當學生形成宏微結合和變化守恒的化學思想時，就能夠從現象看到本質，對電解質溶液能夠深入剖析，從而解決化學中的實際問題。

二、三大守恒

（一）電荷守恒

描述：電解質溶液中所有陽離子所帶的正電荷總數與所有陰離子所帶的負電荷總數相等。

例：Na3PO4溶液中的電荷守恒表達式：

原因：在Na3PO4溶液中除了含有Na+、PO43-外，也存在水電離出的H+和OH-，并且由于PO43-水解，也存在HPO42-、H2PO4-和H3PO4分子，但H3PO4分子不帶電，不計入電荷守恒中。由于常見溶液都是電中性的，在溶液中存在的所有微粒所帶的正電荷總數必然等于負電荷總數。

注意事項：在電荷守恒中，最容易出錯的有兩點，一是沒有寫出所有帶電的微粒，特別是由于水解或者電離產生的離子，學生很容易遺失。二是不同的離子所帶的電荷不一樣，有些帶一個單位電荷，有些帶兩個單位電荷，學生很容易寫錯。

解決辦法：

（1）從宏觀轉到微觀，認真分析不同的微粒在水中的變化情況，特別是電離平衡和水解平衡，務必將所有的帶電粒子全部寫出。

（2）所有帶有電荷的微粒在守恒式中要牢記“系數即電荷”的口訣，以避免漏寫或錯寫。

拓展例題：大氣中PM2.5、NOx、SO2、CO的含量是衡量空氣質量優劣的重要指標，對其研究和綜合治理具有重要意義。

（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣，測得該試樣所含水溶性無機離子的化學組分及其平均濃度如下表：

根據表中數據計算PM2.5試樣的pH=___________。

解法：通過電荷守恒式：

（二）物料守恒

描述：物料守恒是指電解質發生變化（反應或電離）前某元素的原子（或離子）的物質的量等于電解質變化后溶液中所有含該元素的原子（或離子）的物質的量之和。

從本質上講，物料守恒實際上是元素守恒的一種形式，在化學反應及物理變化的過程中，元素的種類和數目均沒有改變，所以學生在分析具體的物料守恒時，必須找到守恒最關鍵的元素，才能判斷到底是哪些元素守恒。

例：NaHSO3溶液中的物料守恒表達式：

從微觀的分析上，我們可以發現，NaHSO3溶液中，從始終態看，不管HSO3-是發生電離還是水解，在溶液中，Na元素和S元素的量永遠是守恒的。即：

判斷的關鍵一是要找出所有的微粒，不要遺漏，二是要準確判斷微粒的主要核心元素，如一般不判斷H和O元素的守恒，因為在溶液中水的H和O會干擾物料守恒的判斷。

拓展例題：下列說法正確與否？為什么？

解答：從物質的核心元素可以得出，與數據有關的核心元素是Na和C，所以應該通過這兩種元素建立物料守恒式，在混合溶液中Na和C的數量比應該是3∶2，所以該說法是錯誤的，正確的物料守恒式應該為：

技巧：等式兩邊一定會分別有共同的元素，以便于我們去推理判斷，這也是判斷物料守恒關系式的一個著眼點。

（三）質子守恒

描述：無論溶液中結合氫離子還是失去氫離子，但氫離子總數始終為定值，也就是說結合的氫離子的量和失去氫離子的量相等。

在質子守恒中，實際上我們討論的是（H+）或者叫水合氫離子（H3O+），因為在溶液中不存在獨立的質子，而氫原子只有一個電子，核內又只有一個質子，沒有中子，一般用（H+）來代替質子，所以該守恒稱為質子守恒。

像NaHCO3溶液中的質子守恒分析，從圖中可以看到：

判斷的關鍵同樣要找出所有的微粒，不要遺漏，并且要知道哪些微粒可以得失質子（H+）？學生主要的困惑在于不了解什么微粒可以得失質子（H+），這也是普遍認為質子守恒最難的一個原因。

巧解：將混合溶液中的電荷守恒式和物料守恒式相聯立，通過代數運算消去其中某離子，也可推出該溶液中的質子守恒。

例：書寫NaHCO3溶液的質子守恒表達式

拓展例題：下列說法正確與否？為什么？

結束語

余文森教授認為：“唯有用學科獨特的視角審視問題、分析問題和解決問題，才能形成真正意義上的學科素養。”通過對電解質溶液中的三大守恒問題的解決，不但可以解決高三復習中遇到的實際問題，也可以增進學生對微粒觀、平衡觀和守恒觀的理解，并從理論上實現對“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”的認知，師生通過對“電解質溶液中的三大守恒”的學習，會形成真正意義上的化學學科核心素養。

參考文獻

[1]余文森.核心素養導向的課堂教學[M].上海：上海教育出版社，2017：60.

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