“守恒思想”在电解质溶液中应用

姜燕

“守恒”思想是化学学科重要的思想之一，它是以定量的角度观察化学世界，在高中化学教学中是十分常用的一种解决问题的方法，是高中生在化学学习当中必须要掌握的一种能力，也是近年来高考重点考查的内容之一。运用“守恒”的方法来解决学习中遇到的实际问题，能让原本复杂的问题变得简单化。在高中化学教学中，“守恒”的方法主要可以分为能量守恒、质量守恒、电子（电荷）守恒等，下面以电解质溶液为载体，阐述了如何运用“守恒”思想来解答学习中遇到的问题。

一、利用电子，电荷守恒及元素守恒解决电解质溶液中离子方程式的书写问题

1.指导判断离子方式书写是否正确

离子方程式书写判断正误是高考选择题的热点之一，也是高中化学考察离子反应的常规题型。很多同学没有方法，尽管练习了很多，但准确率仍然不高。如何入手，涉及的点很多，要有元素化合物的知识做基垫，但离子反应是否符合电荷守恒及元素守恒，若是氧化还原反应是否符合得失电子是否守恒，这是判断离子方程式正确与否的重要依据。

例1下列指定反应的离子方程式正确的是（2016年江苏高考卷5题）

A.将铜插入稀硝酸中：Cu+4H++2NO3–===Cu2++2NO2↑+H2O

B.向Fe2（SO4）3溶液中加入过量铁粉：Fe3++Fe===2Fe2+

C.向Al2（SO4）3溶液中加入过量氨水：Al3++3NH3·H2O===Al（OH）3↓+3NH4+

D.向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+

分析：A，B选项涉及的是在电解质溶液中发生的氧化还原反应：A选项不仅违背了化学反应规律，同时H，O两元素均不守恒，A项错；B选项违背了得失电子守恒及电荷守恒，B项错；C选型电荷及元素均守恒，改写也正确，C项正确；D选项Na2SiO3是强电解质，要写成离子，D项错。任何离子反应均要遵循电荷守恒及元素守恒，氧化还原反应还应当遵循得失电子守恒。

2.指导电解质溶液中离子方程式的书写

高考试卷中，离子方程式的书写越来越灵活，题目常以工艺流程，工艺生产为载体，根据条件书写，对于考生是难点.用得失电子守恒，电荷及元素守恒进行指导，是书写离子反应书写的重要法宝。

例2. +6价铬的化合物毒性较大，常用NaHSO3将废液中的Cr2O72?还原成Cr3+，反应的离子方程式为（2016年新课标1卷27题节选）

分析：该题目考察的是电解质在溶液中反生的氧化还原反应离子方程式的书写，首先按氧化还原的书写方法写出氧化剂，还原剂，氧化产物，还原产物组成氧化还原反应的主要物质，接着用得失电子守恒配平，让该反应遵循得失电子守恒，表示如下：3HSO3- + Cr2O72? =3SO42-+ 2Cr3+，最后用（H+）及（H2O）配平该反应，让该反应遵循电荷守恒及元素守恒。表示为5H++3HSO3- + Cr2O72? =3SO42-+ 2Cr3++4H2O.，对于这种在溶液中发生的较为复杂的氧化还原反应，用守恒思想来指导书写，反应变得容易很多。

二、用“三大守恒”解决电解质溶液中的离子浓度的关系问题

1.电解质溶液中的“三大守恒”分析

电荷守恒规律：电解质溶液中，不论存在多少种离子，溶液总是呈电中性的，即阴离子所带负电荷的总数一定等于阳离子所带正电荷总数.例如：Na2CO3溶液中存在着：Na+、H+、HCO3-、CO32-、OH-，必然有如下关系：c（Na+） + c（H+） = c（HCO3-） + 2c（CO32-） + c（OH-）。

物料守恒规律：电解质溶液中，某些离子能够水解，离子的种类增多，但原子总是守恒的。例如：Na2CO3溶液中CO32-可以发生两步水解，故C元素CO32-，HCO3-，H2CO3三种形式存在，它们之间的守恒关系可表示为：c（Na+） = 2c（CO32-） + 2c（HCO3-） + 2c（H2CO3）。

质子守恒规律：电解质溶液中水电离出H+总数等于水电离出的OH-总数。例如：Na2CO3水溶液中的质子守恒关系可表示为：c（H+）+ 2c（H2CO3） +c（HCO3-）=c（OH-）。

2.“三大守恒”的应用

有关盐类水解平衡与弱电解质电离平衡考察是高考的必考点，其中三大守恒是一个考察热点，对于学生来说不容易得分。以电解质溶液为载体，将盐类水解与电离平衡的知识充分融入三大守恒的综合运用及离子浓度大小比较中，构成了有关电解质溶液中各离子浓度之间的关系题型。

例3：常温下，Ka（HCOOH）=1.77×10﹣4，Ka（CH3COOH）=1.75×10﹣5，Kb（NH3·H2O）=1.76×10﹣5，下列说法正确的是（2017年江苏高考选择题）

A.浓度均为0.1 mol·L﹣1的 HCOONa和NH4Cl 溶液中阳离子的物质的量浓度之和：前者大于后者； B.用相同浓度的NaOH溶液分别滴定等体积pH均为3的HCOOH和CH3COOH溶液至终点，消耗NaOH溶液的体积相等； C.0.2 mol·L﹣1 HCOOH 与 0.1 mol·L﹣1 NaOH 等体积混合后的溶液中：c（HCOO﹣）+c（OH﹣）=c（HCOOH）+c（H+）； D.0.2 mol·L﹣1 CH3COONa 与 0.1 mol·L﹣1盐酸等体积混合后的溶液中（pH<7）：c（CH3COO﹣）>c（Cl﹣）>c（CH3COOH）>c（H+）

分析：该题是电解质溶液中三大守恒的综合应用。A选项电离平衡常数越大，其离水解程度越小，根据电离平衡常数知，其离子水解程度：CH3COO﹣>NH4+>HCOO﹣，利用电解质溶液中存在电荷守恒，得出c（HCOO﹣）+c（OH﹣）=c（Na+）+c（H+）=0.1mol/L+c（H+）；c（NH4+）+c（H+）=c（Cl﹣）+c（OH﹣）=0.1mol/L+c（OH﹣），水解程度NH4+>HCOO﹣，所以前者c（H+）大于后者c（OH﹣），A項正确；B选项pH相同的HCOOH和CH3COOH，其浓度：c（HCOOH）

变式：298K时，在20.0mL 0.10mol·L﹣1氨水中滴入0.10 mol·L﹣1的盐酸，溶液的pH與所加盐酸的体积关系如图所示（图略）（图中横坐标表示盐酸的体积，纵坐标表示溶液的pH值，M点对应的pH值为7，N点为氨水pH值的起始点，根据图像所加）。已知0.10 mol·L﹣1氨水的电离度为1.32%，下列有关叙述正确的是（2016年新课标1卷12题）.

A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂； B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL

C.M点处的溶液中c（NH4+）=c（Cl-）=c（H+）=c（OH-） ；D.N点处的溶液中pH<12

分析：该题是电荷守恒融入盐类水解及弱电解质电离平衡知识的综合考察题型。A选项向氨水当中滴加稀盐酸，两者等物质的量反应则达到滴定终点，产物为NH4Cl，其溶液显酸性，应选择在酸性范围内变色的指示剂甲基橙，A错； B选项盐酸体积为20mL时恰好反应生成NH4Cl，该物质水解呈酸性，溶液pH小于7，而M点处pH=7，故B项错误；C选项根据电荷守恒：c（NH4+）+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-），因为M点溶液pH=7，溶液中c（H+）=c（OH-），则c（NH4+）=c（Cl-），但H+， OH-来源于说的电离及氨水的电离平衡与NH4Cl的水解平衡，浓度很小，一定少于NH4+及Cl-的浓度，C项错；D选项若开始时pH为12，则对应氨水的电离度为应10%，由于题中给出氨水电离度为1.32%，远低于10%，则pH应小于12，故D正确。

三、用电子守恒及电荷守恒解决电解质溶液中的有关计算问题

利用守恒的思想解决有关化学计算的问题，尤其是解决复杂多步反应，混合溶液的计算问题，不仅可以简化计算过程，让计算变得更加简单，而且还可以让思路更加清晰明了，在计算中应用最为广泛。

例4.某铁的氧化物（FexO）1.52 g溶于足量盐酸中，向所得溶液中通入标准状况下112 ml Cl2，恰好将Fe2+完全氧化。x值为（2016年高考上卷海）

A.0.80 ；B.0.85；C.0.90；D.0.93

分析：该题考察的是在溶液中发生的氧化还原有关计算问题。由于x值的不确定，从化学方程式入手解决该题很麻烦，利用得失电子守恒，此题的计算迎刃而解。根据得失电子守恒，FexO被氧化为Fe3+转移的电子数和Cl2转移的电子数相等.标准状况下112mL Cl2转移电子数为 0.12L/22.4L·mol×2=0.01mol.则有： 1.52g/（56X+16）g·mol×（3﹣2/X）×x=0.01mol，解得x=0.8，故选：A.

变式：某地酸雨经检验，除H+ 和OH-外，还有Na+、Cl-、NH4+、SO42-，其物质的量浓度依次为：c（Na+）=7.0×10-6mol/L、c（Cl-）=3.5×10-5mol/L、c（NH4+）=2.3×10-5mol/L、c（SO42-）=2.5×10-6mol/L。则酸雨的pH值为

分析：该题先解决电解质溶液H+浓度，再求溶液的PH值。H+的计算利用电荷守恒，便可以轻松解决。设c（H+）为x，列方程：7.0×10-6×1+2.3×10-5×1+x=3.5×10-5×1+2.5×10-6×2，可解c（H+）=1×10-5mol/L，溶液pH=5.

守恒的思想来解决化学问题，让很多需要量化的化学问题，繁琐的化学计算，抽象的电解质溶液中离子浓度变得清晰明了，但由于其灵活性，同学们只有再今后的学习中多想多练，才能灵活运用。