“守恒法”在解题中的应用

芮先华

【摘 要】“守恒法”在中学化学解题中的应用很广泛，其中“电荷守恒”原理、“物料守恒”原理、“质子守恒”原理的合理使用，能帮助同学们大大地提高高考解题的能力。

【关键词】守恒法；电荷守恒；物料守恒；质子守恒；巧思妙解

“守恒法”在中学化学解题中的应用很广泛，本文从“电荷守恒”原理、“物料守恒”原理、“质子守恒”原理三方面进行阐述，帮助同学们提高高考解题能力。

一、“电荷守恒”原理

因为溶液必须保持电中性，所以溶液中所有阳离子电荷的总和必须与所有阴离子电荷的总和相等，常用符号CBE表示，例如：浓度为c（Na CO ）的Na CO 溶液中电荷守恒式为：

c（Na ）+c（H ）=c（HC ）+2c（CO ）+c（OH ）

例：将镁条在空气中燃烧的全部产物（MgO、Mg N ）溶解在50mL浓度为1.8mol.L 的盐酸中，以20mL0.9mol.L NaOH溶液中和多余的盐酸，然后向此溶液中加入过量的NaOH溶液把氨全部蒸出来，用足量的盐酸吸收，经测定氨的质量为0.102g，计算镁条的质量。

解析：此题反应较多，按常规解法比较麻烦，若用电荷守恒法则较为简便。在加入过量NaOH溶液之前，溶液中的溶质有NaC1 、 MgCl 、NH Cl，根据“电荷守恒”原理有：

n（Na ）+2n（Mg ）+n（NH ）=n（Cl ）

其中Na+来源于NaOH，Cl 来源于HCl，而NH 可由氨气的质量求得，

∴n（Mg ）=[0.05L×1.8mol/L-0.02L×0.9mol/L-（0.102g÷17g/mol）]÷2=0.033mol

m（Mg）=m（Mg ）=24g/mol×0.033mol=0.792g

二、“物料守恒”原理

物料守恒是指在平衡状态下，某组分的分析浓度（即该组分加入溶液中的总浓度）等于该组分各物种的平衡浓度的总和，常用符号MBE表示。例如浓度为c（Na CO ）的Na CO 溶液中，组分CO 的平衡式为：

c（Na CO ）=c（H CO ）+c（HCO ）+c（CO ）

例：有Na CO 和NaH CO 的混合物14.8g，把它配成稀溶液，然后向该溶液中加入12.4g碱石灰（CaO、NaOH组成的混合物），充分反应后，溶液已检测不出Ca2+、CO 和HCO ，然后将所得的体系中水份设法蒸干，得白色固体29g，试求（1）原混合物中Na CO 和NaHCO 各多少克？（2）碱石灰中CaO和NaOH各多少克？（3）所得29g白色固体中各种成分的质量是多少？

解析：本题有下列守恒：①反应前后CO32-的物质的量守恒，即CaCO 中的CO 的物质的量等于Na CO 中CO 的物质的量与NaHCO 中HCO 的物质的量之和。②反应前后Ca2+的物质的量守恒，即CaO中Ca 的物质的量等于CaCO 中Ca 的物质的量。③反应前后Na 的物质的量守恒，设Na CO 的物质的量为x，NaHCO 的物质的量为y，碱石灰中NaOH的物质的量为z，则根据上述有关离子的物质的量守恒，有：

106g/mol.x+84g/mol.y=14.8g

56g/mol（x+y）+40g/mol.z=12.4g

100g/mol（x+y）+40g/mol（2x+y+z）=29g

解得：x=0.1moly=0.05molz=0.1mol

∴（1）原混合物中m（Na CO ）=0.1mol×106g/mol=10.6g

m（NaHCO ）=0.05mol×84g/mol=4.2g

（2）碱石灰中m（CaO）=（0.1mol+0.05mol）×56g/mol=8.4g

m（NaOH）=0.1mol×40g/mol=4g

（3）29克白色固体的成分是CaCO 和NaOH

m（CaCO ）=（0.1mol+0.05mol）×100g/mol=15g

m（NaOH）=（2×0.1mol+0.05mol+0.1mol）×40g/mol=14g

三、“质子守恒”原理

根据酸碱质子理论，酸碱反应的本质是质子的传递，当反应达到平衡时，酸失去的质子和碱得到的质子的物质的量必然相等。其数学表达式称为质子守恒式或质子条件式，常用符号PBE表示。

求质子条件式的方法有两种。一种是由物料守恒式和电荷守恒式推导，另一种是直接根据质子得失的关系给出。首先选择适当的物质作为考虑质子传递的参照物，通常选择哪些在溶液中大量存在并参与质子传递的物质，如溶剂本身，这些物质称为参照水准（或零水准）。然后，从零水准出发，根据得失质子的物质的量相等的原则，即可写出质子条件式。如浓度为c（Na2HPO4）的溶液中，用第一种方法求解：

物料守恒：c（Na ）=2c

c（H PO ）+c（H PO ）+c（HPO ）+c（PO ）=c

电荷守恒：c（Na ）+c（H ）=c（H PO ）+2c（HPO ）+3c（PO ）+c（OH ）

整理后得质子条件式：

c（H ）+c（H PO ）+2c（H PO ）=c（PO ）+c（OH ）

采用第二种方法：选HPO 和H2O为参照水准

参照水准物 得质子后的产物 失质子后的产物

HPO H PO PO

H PO

H O H O OH

得失质子的物质的量必然相等，故可得：

c（H ）+c（H PO ）+2c（H PO ）=c（PO ）+c（OH ）

在选择参照水准时，不能把共轭酸碱对中的两个组分都选作参照水准，而只能选择其中的任何一种，因为共轭酸碱对互为得（失）质子，若同时选作参照水准物，其作用互相抵消。

同理可知：Na2S溶液中的质子守恒关系式为：

c（OH ）=c（HS ）+2c（H S）+c（H ）

NaHS溶液中的质子守恒关系式为：

c（H ）+c（H S）=c（S ）+c（OH ）

当然，在运用守恒关系解题时，有时往往要把几种守恒原理综合起来加以考慮。