关于“物料守恒”的析疑

关于“物料守恒”的析疑
关于“物料守恒”，初学的同学经常会有一些疑问，这里试着解释一下，也许对有的同学会有所帮助。

疑问一：“物料守恒”究竟是什么意思？
这里的“物料”，指无机盐溶液中的溶质成分，所以“物料守恒”的意思是：在一无机盐溶液中，溶质成分（指铵根阳离子和酸根阴离子）可能发生水解等变化，但是只要不产生气体或者沉淀等会脱离溶液体系的物质【注意，不考虑能够水解的金属阳离子】，铵根离子的水解产物（NH3·H2O）与水解剩余的铵根离子的加和，一定与水解之前的铵根离子的总数是相等（不变）的；酸根阴离子的电离、水解产物与剩余的未发生变化的酸根阴离子的加和，一定与电离、水解之前的酸根阴离子的总数是相等（不变）的。

前面叙述中的“总数”，可以变换为“总物质的量”，因为是同一溶液，体积是相同的，所以可以再进一步变换为“物质的量浓度”。

也就是说，在不会生成氨气的铵盐溶液中，如果未发生水解时，c(NH4+) = a，则此溶液中一定有c(NH4+) + c(NH3·H2O) = a；在不会生成CO2气的碳酸氢盐溶液中，如果未发生电离、水解时，c(HCO3-) = b，则此溶液中一定有c(HCO3-) + c(CO32-) + c(H2CO3) = b；这是“物料守恒”的一种表述，考题中也偶尔出现对它的考查。

另一种表述可以从上面内容的基础上推出：在符合前面条件的溶液中，溶质阳离子的各种存在成分的浓度加和与溶质阴离子的各种存在成分的浓度加和之比，一定符合该溶质化学式中表现出的比值。

如在稀NH4HCO3溶液中，一定有：
[c(NH4+) + c(NH3·H2O)]︰[c(HCO3-) + c(CO32-) + c(H2CO3)] = 1︰1疑问二：怎样能够看出一个等式是表示“物料守恒”呢？
这一点难度不大，前面提到过，一种考查“物料守恒”的等式形式是[c(X) + c(Y)] = a，【X、Y表示含同一元素的离子或者分子，a表示某一个具体数值】；另一种考查“物料守恒”的等式的特点是：1、通常不出现H+ 和OH-，而出现某种分子【与“电荷守恒”等式的区别】；2、通常会出现K+、Na+等【与“质子守恒”等式的区别】。

当然，如果一个等式对于3个守恒等式都不符合，则它肯定是错误的。

疑问三：对于一个等式【不是比例式】，怎样就能够看出是否符合“溶质阳离子的各种存在成分的浓度加和与溶质阴离子的各种存在成分的浓度加和之比，一定符合该溶质化学式中表现出的比值”？
这一点是有的同学最感到迷惑不解的。

举一个最简单的例子就可以解决：如在Na2SO4溶液中，因为Na+和SO42-都不会发生水解，所以有c(Na+)︰c(SO42-) = 2︰1，把此比例式变形为等积式：得c(Na+) = 2c(SO42-)；这个结果是有的同学最不能够接受的，他们认为应该是2c(Na+) = c(SO42-) 才对，实际上，如果把它变为比例式，错误就是非常明显的了。

形成这种顽固的错误看法的原因是对于“电荷守恒”的错误认识，建议参考我的前一篇文章；所以，根据溶质的化学式M a X b 直接写“物料守恒”等式的方法是：第一步，写比例式：[M的各种形式的加和]︰[X的各种形式的加和] = a︰b；第二步，变为等积式：b [M的各种形式的加和] = a [X的各种形式的加和]；从结果与溶质化学式的比较可以看出：表示“物料守恒”时，用对方的脚标做自己的
系数的关系是正确的。

如：在Na2CO3溶液中，
有c(Na+) = 2[c(HCO3-) + c(CO32-) + c(H2CO3)]，
即c(Na+) = 2c(HCO3-) + 2c(CO32-) + 2c(H2CO3)。

总之，符合前面条件的一个正确的“物料守恒”等式的形式是：1、一侧（通常是左侧）是阳离子的所有存在形式的浓度的加和；另一侧（通常是右侧）是阴离子的所有存在形式的浓度的加和；2、用对方的脚标做自己的系数。

疑问四：对于两种或者三种溶质的溶液，也可以有“物料守恒”吗？
从严格意义上来说，不是真正的“物料守恒”，但是从形式上看，像“物料守恒”等式，所以，我们姑且也把它看作“物料守恒”。

首先说明一点，不是任何条件的混合溶液都能够写出“物料守恒”的等式来，所以题目中肯定会有“相同浓度”这种显性或者隐性的条件；同时溶质也不再局限于是盐，可能会有盐中酸根离子的对应酸。

如：等浓度【显性的“相同浓度”】的醋酸和醋酸钠的混合溶液；0.2mol/L 的醋酸钠溶液与0.1mol/L的盐酸等体积混合【隐性的“相同浓度”，因为混合以后实际上有等浓度的三种溶质：氯化钠，醋酸钠，醋酸】。

对于以上两例，可以用以下方法写出：1、等浓度的醋酸和醋酸钠的混合溶液：不考虑醋酸分子与醋酸根离子之间的转化，
写：□HAc
Na+Ac-
由于是等浓度，所以认为□= Na+，所以得：
2c(Na+) = c(CH3COO−) + c(CH3COOH)
2、0.2mol/L的醋酸钠溶液与0.1mol/L的盐酸等体积混合【等浓度的氯化钠，醋酸钠，醋酸】不考虑醋酸分子与醋酸根离子之间的转化，写：□HAc
Na+Ac-
Na+Cl-
由于是等浓度，所以认为□= Na+，所以得：
1.5 c(Na+) = c(CH3COO−) + c(CH3COOH) + c(Cl−)
即3c (Na+) = 2c(CH3COO−) + 2c(CH3COOH) + 2c(Cl−)
而对于像等浓度的Na2CO3与NaHCO3的混合溶液，由于情况复杂的多，我们就不可能写出来了【当然也就不会出现考题】。