質子守恒

質子守恒

溶液中的守恒關系
質子守恒,是指酸失去的質子和堿得到的質子數目相同。質子守恒、物料守恒,電荷守恒并稱為溶液中的三大守恒關系。
  • 中文名:質子守恒
  • 外文名:Conservation of proton
  • 别名:
  • 表達式:
  • 提出者:
  • 适用領域:電解質溶液
  • 解釋:酸失去的質子和堿得到的質子相同
  • 應用學科:化學

書寫方法

由電荷守恒和物料守恒關系聯立得到

例如:Na2CO3溶液

①電荷守恒:c(Na+)+c(H+)===c(OH-)+2c(CO32-) +c(HCO3-) 正電荷=負電荷

②物料守恒: c(Na+)= 2c(CO32-) +2c(HCO3-) +2c(H2CO3)

①-②得質子守恒: c(OH-) =c(H+) +c(HCO3-) +2c(H2CO3) 水電離出的H+=OH-

NaHCO3溶液

①c(H+)+c(Na+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)

②c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3){物料守恒}

方法一:兩式相減①-②得

c(H+)=c(OH-)+c(CO32-)-c(H2CO3)這個式子叫質子守恒。

方法二:由酸堿質子理論

原始物種:HCO3-,H2O

消耗質子産物H2CO3,産生質子産物CO32-,OH-

c(H+)=c(CO32-)+c(OH-)-c(H2CO3)即c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-)

關系:剩餘的質子數目=産生質子的産物數目-消耗質子的産物數目

直接用酸堿質子理論求質子平衡關系比較簡單,但要細心;如果用電荷守恒和物料守恒關系聯立得到則比較麻煩,但比較保險。

又如NaH2PO4溶液

原始物種:H2PO4-,H2O

消耗質子産物:H3PO4H+産生質子産物:HPO42-(産生一個質子),PO43-(産生二個質子),OH-

所以:c(H+)=c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)-c(H3PO4)

可以用電荷守恒和物料守恒聯立驗證.快速書寫

快速書寫質子守恒的方法:

第一步:定基準物(能得失氫離子的物質,若為溶液則包括水)利用電離和水解得到得質子産物和失質子産物。

第二步:看基準物,得質子産物和失質子産物相差的質子數。

第三步:列出質子守恒關系式 得質子數=失質子數。

第四步:用物料守恒和電荷守恒加以驗證。

主要題型

1、單一的酸溶液

例:H3PO4溶液中:

基準物:H2O和H3PO4.

得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

失質子産物:H2PO4-(相差1個質子)

HPO42-(差2個質子)

PO43-(相差3個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為:

c(H+)=c(H2PO4-) + 2c(HPO42-) + 3c(PO43-) + c(OH-)

2、單一的堿溶液例:NH3·H2O溶液中:

基準物:H2O NH3·H2O

得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

NH4+(相差1個質子)

失質子産物:OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為:c(H+)+c(NH4+) = c(OH-) 不難看出單一的酸溶液或者堿溶液的質子守恒其實就是電荷守恒。混合酸的溶液或者混合堿溶液也是這個樣子滴!

3、單一的正鹽溶液

例(1):Na2CO3溶液

基準物:H2O CO32-

得質子産物:

H3O+(相差1個質子)即H+

HCO3-(相差1個質子)

H2CO3(相差2個質子)

失質子産物:OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為:c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(OH-)

例(2):NH4Cl溶液

基準物:H2O、NH4+得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

失質子産物:

NH3·H2O(相差1個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)

例(3):(NH4)3PO4溶液

基準物:H2O、NH4+、PO43-

得質子産物:

H3O+(相差1個質子)即H+

HPO42-(相差1個質子)

H2PO4-(相差2個質子)

H3PO4(相差3個質子)

失質子産物:

NH3·H2O(相差1個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為c(H+)+c(HPO42-)+2c(H2PO4-)+3c(H3PO4) = c(NH3·H2O) + c(OH-)

4、單一的酸式鹽溶液

例(1):NaH2PO4溶液

基準物:H2O H2PO4-

得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

H3PO4(相差1個質子)

失質子産物:

HPO42-(相差1個質子)

PO43-(相差2個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為

c(H+)+c(H3PO4)=c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)

例(2):NH4HCO3溶液基準物:H2O、NH4+、HCO3-得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

H2CO3(相差1個質子)

失質子産物:

NH3·H2O(相差1個質子)

CO32-(相差1個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為c(H+)+c(H2CO3)=c(NH3·H2O) + c(CO32-) + c(OH-)

例(3):(NH4)2HPO4溶液基準物:H2O、NH4+HPO42-得質子産物:H3O+(相差1個質子)即H+

H2PO4-(相差1個質子)

H3PO4(相差2個質子)

失質子産物:NH3·H2O(相差1個質子)

PO43-(相差1個質子)

OH-(相差1個質子)

質子守恒關系式為c(H+)+c(H2PO4-) +2c(H3PO4) = c(NH3·H2O) + c(PO43-) +c(OH-)

5、多種鹽的混合溶液例:CH3COONa與NaF的混合液基準物:H2O CH3COO-F-

得質子産物:

H3O+(相差1個質子)即H+

CH3COOH(相差1個質子)

HF(相差1個質子)

失質子産物:OH-(相差1個質子)質子守恒關系式為c(H+)+c(CH3COOH)+c(HF) =c(OH-)

6.酸堿反應後的混合溶液:此類型混合溶液,應運用物料守恒和電荷守恒聯立消去強酸或強堿離子後得到質子守恒變式。質子守恒關系式特殊。

例(1):同濃度同體積的CH3COONa與CH3COOH混合液

物料守恒:c(CH3COO-)+ c(CH3COOH) = 2c(Na+)

電荷守恒:c(Na+)+ c(H+) = c(CH3COO-) + c(OH-)

質子守恒關系式為:2c(H+)+c(CH3COOH)=2c(OH-)+c(CH3COO-)

例(2):同濃度同體積的CH3COONa與NaOH混合液

物料守恒:2[c(CH3COO-)+ c(CH3COOH) ]= c(Na+)

電荷守恒:c(Na+) + c(H+) = c(CH3COO-) + c(OH-)

質子守恒關系式為:c(H+) + 2c(CH3COOH) + c(CH3COO-) = c(OH-)

例(3):同濃度同體積的NH4Cl與NH3·H2O混合液

物料守恒: c(NH4+)+ c(NH3·H2O) =2 c(Cl-)

電荷守恒: c(NH4+) + c(H+) = c(Cl-) + c(OH-)即2c(NH4+) +2 c(H+) = 2c(Cl-) + 2c(OH-)

質子守恒關系式為:2c(H+) +c(NH4+) = c(NH3·H2O) + 2c(OH-)

例(4):同濃度同體積的NH4Cl與HCl混合液

物料守恒:2[ c(NH4+)+ c(NH3·H2O) ]= c(Cl-)

電荷守恒: c(NH4+) + c(H+) = c(Cl-) + c(OH-)

質子守恒關系式為:c(H+) = c(NH4+) + 2c(NH3·H2O) + c(OH-)

解讀

一般情況下,很少單獨考慮質子守恒,實際上在鹽(水)溶液中存在的質子守恒可看作是物料守恒與電荷守恒的疊加項

所謂的質子守恒,實質是從水的電離出發,考慮弱酸根離子結合水電離出的H+或弱堿陽離子結合水電離出的OH-,然後在溶液中尋找H+和OH-的“藏身”之所,而列出的等式關系。常用于鹽溶液中粒子濃度關系的比較

下面以Na2CO3溶液、NH4Cl溶液和(NH4)2CO3溶液為例,來确定它們的溶液中各自存在的質子守恒關系。

1、Na2CO3溶液

在不考慮CO32-水解時,水電離出的H+與OH-的物質的量是相等的,但當CO32-水解結合部分水電離出的H+後,分别生成了HCO3-(結合一個H+)和H2CO3(結合兩個H+),而OH-未被消耗,因此可列出等式關系:c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3),即Na2CO3溶液中的質子守恒

2、NH4Cl溶液

NH4+水解結合的是由水電離出的部分OH-,生成了NH3·H2O,而H+未被消耗,因此可列出等式關系:c(H+)=c(OH-)+c(NH3·H2O),即為NH4Cl溶液中的質子守恒

3、(NH4)2CO3溶液

NH4+水解結合的是由水電離出的部分OH-,生成了NH3·H2O;CO32-水解結合部分水電離出的H+,分别生成了HCO3-和H2CO3,H+、OH-都有一部分被消耗,分别尋找H+、OH-在溶液中的“藏身”之所,即可列出下列等式關系:

c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(OH-)+c(NH3·H2O),即為(NH4)2CO3溶液中的質子守恒。

“質子守恒”的真正含義是溶液中的“酸”失去的質子數等于“堿”得到的質子數,即“得失H+守恒”。書寫的第一步:要找全溶液中的酸和堿由酸堿質子理論知:凡是能給出質子(H+)的分子或離子為酸,如CH3COOH、NH4+等,凡是能接受質子的分子或離子為堿,如CH3COO-、CO32-、NH3等;而H2O、HCO3-等既能給出質子又能接受質子,故它們既是酸又是堿。第二步:逐一分析酸、堿能夠“得”、“失”H+的數目(n),以及“得”、“失”H+後轉變成的對應微粒,而“c(H+)得到/失去=c(對應微粒)×n”。 第三步:根據“c(H+)得到=c(H+)失去”完成該鹽溶液“質子守恒式”的書寫。

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