例談電荷守恒巧解試題

劉國慶　黃友泉

電荷守恒存在于任意一個呈電中性的體系中，例如溶液、混合物、化合物、膠體等，其實質是指電解質溶液中正負電荷的代數和為零。該文分類解析電荷守恒的應用。

1.計算溶液的pH

例題1 某地酸雨經過檢驗除含有H+、OH-外，還測得下列數據c（Na+）=2.3×10-5mol/L、c（Cl-）=3.5×10-5mol/L、c（NH4+）=7.0×10-6mol/L、c（SO2-4）=2.5×10-6mol/L，該地酸雨的pH為（ ）。

A.5.0 B.4.0 C.3.0 D.2.0

解析 在電解質溶液中，陽離子所帶的正電荷總數等于陰離子所帶的負電荷總數，電解質溶液呈電中性。

根據酸雨的定義，酸雨溶液的pH＜5.6，A、B、C、D皆小于5.6，不能用排除法。由于是酸雨，c（H+）遠大于c（OH-），所以c（OH-）可以忽略不計。

設氫離子濃度為c（H+），

電荷守恒：

c（Na+）+c（NH-4）+c（H+）=c（Cl-）+2c（SO2-4）

代人數據：

2.3×10-5mol/L+7.0×10-6mol/L+c（H+）

=3.5×10-5mol/L+2×2.5×10-6mol/L

解得c（H+）=1.0×10-5mol/L

pH=-lgc（H+）=-lg1.0×10-5=5.0

綜上所述，該題的正確答案為A選項。

2.計算離子的物質的量

例題2 由NaCl、MgCl2、MgSO4 3種鹽組成的混合溶液，n（Na+）=0.1mol、n（Mg2+）=0.25mol、n（Cl-）=0.2mol、則n（SO2-4）為（ ）。

A.0.3mol B.0.1mol

C.0.2mol D.0.5mol

解析 在電解質溶液中，陽離子所帶的正電荷總數等于陰離子所帶的負電荷總數，電解質溶液呈電中性。

設硫酸根離子的物質的量為n（SO2-4），

電荷守恒：

n（Na+）+2n（Mg2+）=n（Cl-）+2n（SO2-）

代入數據：

0.1mol+2×0.25mol=0.2mol+2×n（SO2-4）

解得n（SO2-4）=0.2mol

綜上所述，該題的正確答案為C選項。

3.計算物質的質量

例題3 由CuSO4、FeSO4、Fe2（SO4）3組成的混合溶液600mL，c（SO2-4）=0.100mol/L。投入一些鋅粉，反應后得到一些固體沉淀，經過測定沉淀中含有Cu、Fe，但不含Zn，溶液中還有0.010mol Fe2+。則投入的鋅粉質量是（ ）。

A.13.0g B.9.75g

C.3.25g D.6.50g

解析 依題意沉淀中含有Cu、Fe，但不含Zn，根據Fe3+的氧化性和金屬活動順序表知道原混合溶液中的CuSO4、Fe2（SO4）3一定會與Zn發生氧化還原反應，反應后溶液中還有Fe2+，最終溶液為ZnSO4、FeSO4的混合溶液。

電荷守恒：

2n（Fe2+）+Zn（2n2+）=2n（SO2-4）

化簡得到：

n（Fe2+）+n（Zn2+）=n（SO2-4）

代人數據：

0.010mol+n（Zn2+）=0.6L×0.100mol/L

解得n（Zn2+）=0.050mol

m（Zn2+）=0.050mol×65g/mol=3.259

綜上所述，該題的正確答案為C選項。

4.計算離子的濃度比

例題4 由CaCl2、CaBr2組成的混合物13.400g溶于水配成500.00mL溶液，再通人過量的Cl2，完全反應后將溶液蒸干，得到干燥固體11.175g。則原溶液中c（Ca2+）：c（Cl-）：c（Br-）為（ ）。