电解质溶液中的三个守恒

电解质溶液中的三个守恒
一、电荷守恒
电解质溶液中不论存在多少种离子，溶液老是呈电中性的，就是说阳离子所带的正电荷总数必然等于阴离子所带负电荷的总数，这就是电荷守恒规律。

在应用这个定律时，要明确溶液呈电中性和溶液呈中性是两个不同的概念，因为只有当c(H+)＝c(OH－)时，溶液才呈中性（相对于酸碱性）。

例如：NaHCO3溶液中存在着：c(Na+)+c(H+)＝c(HCO3－)+c(OH－)+2c(CO32—) 解析：溶液中存在有以下电离：NaHCO3＝Na+＋HCO3－、HCO3－H+＋CO32—、
H2O H+＋OH－和水解：HCO3－＋H2O H2CO3 ＋OH－，所以溶液中存在Na+、H+、HCO3－－、CO32—、OH－这些离子，阳离子所带正电荷总数为：c(Na+) +c(H+)，由于CO32—带两个单位负电荷，故阴离子所带电荷总数为c(HCO3－) +c(OH－)+ 2c(CO32—)。

按照电荷守恒，必然有如下关系：c(Na+)+c(H+) ＝c(HCO3－)+c(OH
－)+2c(CO32—)
例题1.某地的雨水呈酸性，取其少量进行检测，其中含各离子的物质的量浓度别离为：c (Na+)＝×10－5mol·L－1，c(Cl－)＝×10－5mol·L－1，c(SO42－)＝×10－6mol·L－1，c (NH4+)＝×10－6mol·L－1，则雨水pH约是多少？
判断正误：c(Na+)+c (NH4+)+ c (H+)＝c (OH－)+c(Cl－)＋c (SO42－)
解析：该题可采用电荷守恒法：c (Na+) + c (NH4+)+ c (H+)＝c (OH－)+ c(Cl－) +2c (SO42－)，由于溶液显酸性，c (OH－)水很小，即由水电离出来氢氧根离子可以略去不计。

代入数据有：
×10－5mol·L－1＋×10－6mol·L－1＋c (H+)
＝×10－5mol·L－1＋2××10－6mol·L－1，
解得：c (H+) ＝×10－5mol·L－1
电荷守恒是用离子的浓度或物质的量来表示电荷关系的，所以不仅要考虑离子的浓度或物
质的量，还要考虑离子所带的电荷。

二、物料守恒（元素守恒）
在电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子的种类可能增多，但原子老是守恒的。

例如Na2S固体中c(Na+) ＝2c(S2－)固体中，在Na2S溶液中，存在如下电离：Na2S＝2Na+ + S2－和水解：H2O H+ + OH－，S2－+ H2O HS－+ OH－、HS－+ H2O
H2S + OH－，因此S元素以S2－、HS－、H2S三种形式存在，但无论如何，Na原子的物质的量老是S原子物质的量的2倍。

按照物料守恒，必然有：c(Na+) ＝2c(S2－)固体中=2[c(S2－)+c(HS－) +c(H2S) ]＝2c(S2－) +2c(HS－) + 2c(H2S)
正盐：c(不转变的离子)=c(转变的离子)+c（一级水解后生成的弱电解质）+〔c（二级水解后生成的弱电解质）+c（三级水解后生成的弱电解质）〕
例题. 写出K3PO4溶液中存在的物料守恒关系式___________________。

解析：在K3PO4溶液中，PO43－部份水解成HPO42－、H2PO4－、H3PO4，其物料守恒关系式为：c(K+) ＝3[c (PO43－) + c (HPO42－) + c (H2PO4－) + c (H3PO4)]＝3c (PO43－)+ 3c (HPO42－) + 3c (H2PO4－) + 3c (H3PO4)
答案：c(K+) ＝3c(PO43－)+ 3c(HPO42－) + 3c(H2PO4－) + 3c(H3PO4)
例表示L NaHCO3溶液中有关粒子的关系正确的是（cd ）
(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(H+)>c(OH-)
B. c(Na+)+ c(H+)= c(HCO3-)+c(CO32-)+c(OH-)
C. c(Na+)+ c(H+)= 2c(CO32-)+ c(HCO3--)+c(OH-)
D. c(Na+)= c(HCO3--)+c(CO32-)+ c(H2CO3)
含弱电解质分子应考虑物料守恒，在NaHCO3溶液中存在下列关系。

NaHCO3= Na++ HCO3--
HCO3--H++ CO32-HCO3-+H2O H2CO3+OH-
则c(Na+)= c(HCO3-)+ c(H2CO3) + c(CO32--)
故选C、D。

此类元素守恒题中各粒子之间的关系一般为：
酸式盐：c(不转变的离子)=c(转变的离子)+c（一级水解后生成的弱电解质）+〔c（二级水解后生成的弱电解质）〕+c(一级电离所得弱酸根离子)+〔c(二级电离所得弱酸根离子)〕例题. 写出K3PO4溶液KH2PO4中存在的物料守恒关系式___________________
三、质子守恒（水电离的总离子数守恒）
质子守恒是指电解质溶液中的粒子电离出的H+的总数，等于粒子接收的H+的总数加上游离的H+的总数。

或理解为电解质溶液中的分子或离子取得或失去的质子的总物质的量相等。

如Na2S溶液中的质子转移示用意：
由上图不难看出质子守恒的关系式为：c(H+)+c(HS－)+2c(H2S) ＝c(OH－)
例题3. 写出K3PO4溶液中存在的质子守恒关系式___________________
解析：在K3PO4溶液中，PO43－结合一个质子成HPO42－、结合俩个质子成H2PO4－、结合叁个成H3PO4，而水结合一个质子成H3O＋、失去一个质子成OH－，因此质子守恒的关系式是：
c(OH－) ＝c(H+) + c (HPO42－) + 2c (H2PO4－) + 3c (H3PO4)。

例题4. 在K2CO3溶液中，下列等量关系正确的是：（C）
A. c(OH－) ＝c(H+) + c(HCO3-)+ c(H2CO3)
B. 2c (Na+) ＝c(CO32-) + c(HCO3-)+ c(H2CO3)
C. c (Na+) + c(OH－)＝c(H+) + 2 c(CO32-) + 3c(HCO3-)+ 4 c(H2CO3)
D. c (Na+) + c(H+)＝c(HCO3-)+ c(CO32-) + c(OH－)
若题中所给选项为阴阳离子的浓度关系，则应考虑电荷守恒，若所给选项等式关系中包括弱电解质分子浓度在内，则应考虑物料守恒和质子守恒
在实际应用中，要结合电解质溶液中盐类水解和离子浓度大小的比较等方面的知识，在练习进程中加深熟悉，只有增强训练，才能熟练掌握三个守恒的适用条件，这样才能考出好的成绩。

【练习1】（09广东化学9）下列浓度关系正确的是
A. 氯水中：c(Cl2)＝2[c(ClO－)+c(Cl－)+c(HClO)]
B. 氯水中：c(Cl－)＞c(H+ )＞c(OH－)＞c(ClO－)
C. 等体积等浓度的氢氧化钠与醋酸混合：c(Na+) ＝c(CH3COO－)
D. Na2CO3溶液中：c(Na+) ＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(HCO3－) ＞c(H+)
解析：按照氯水中所含粒子的种类可知氯水中也含有氯气分子A设置了一个貌似物料守恒的式子而轻忽了氯气分子的存在，故A错；按照Cl2 +H2O=HClO+H+ +Cl－，HCl完全电离而HClO部份电离，可知正确的顺序c(H+)>c(Cl－)>c(ClO－)>c(OH－)，B错；C项等物资的量的强碱与弱酸混合生成强碱弱酸盐溶液显碱性c(OH－)＞c(H+)，再按照溶液中电荷守恒可以判断c(Na+) ＞c(CH3COO－) ；
答案：D正确
例2 将相同物质的量浓度的某弱酸HX溶液与NaX溶液等体积混合，测得混合后溶液中c(Na+)>c(X-),则下列关系错误的是（）
A. c(OH-)< c(H+) (HX)<c(X-)
C. c(X-)+ c(HX)= 2c(Na+)
D. c(HX)+ c(H+)= c(Na+)+ c(OH-)
解析：A按照电荷守恒原理，c(Na+)+ c(H+)= c(X-)+ c(OH-)，∵c(Na+)> c(X-)
∴c(H+)< c(OH-)
A.选项符合题意。

B.按照物料守恒原理，溶液中存在下列关系：
NaX=Na++X HX=H++X- X-+H2O=HX+OH-
则：2 (Na+)= c(X-)+ c(HX)，又已知c(Na+)> c(X-)
故：c(X-)<c(HX)
C.符合B的解析。

D.物料守恒，有2c(Na+)= c(X-)+ c(HX)·①
电荷守恒，有c(Na+)+ c(H+)= c(X-)+c(OH-)·②
①-②c(Na+)- c(H+)= c(HX)-c(OH-)
c(Na+)+ c(OH-)= c(HX)+c(H+)
所以D知足溶液中的关系，不符合题解。

例3 下列各溶液中，粒子的物质的量浓度关系正确的是（）
的CH3COONa溶液中：c (CH3COO-)> c(Na+)> c(H+)>c(OH-)
B. L Na2CO3的溶液中：c(OH-)= c(HCO3-)+c(H2CO3)+ c(H+)
C. L NH4Cl的溶液中：c(Cl-)>c(NH4+)> c(OH-)> c(H+)
D. c(NH4+)相等的（NH4）2SO4溶液、NH4HSO4溶液、（NH4）2 CO3溶液、NH4Cl溶液：
c［（NH4）2SO4］<c［（NH4）2 CO3］＜ｃ（NH4HSO4）＜ｃ（NH4Cl）
解析：A.由于CH3COO-水解，浓度减小，使溶液呈碱性。

c(Na+)>c(CH3COO-)> c(OH-) > c(H+)，
溶液中按照质子守恒，c(OH-)= c(HCO3-)+2c(H2CO3)+ c(H+)
溶液中，NH4+水解使浓度降低，pH<7,所以c(Cl-)>c(NH4+)> c(H+) > c(OH-)。

故D正确。

【练习2】（09安徽卷13）向体积为·L－1CH3COOH溶液中加入体积为Vb的·L－1KOH 溶液，下列关系错误的是
A. Va＞Vb时：c (CH3COOH) +c (CH3COO－)＞c (K+）
B. Va＝Vb时：c (CH3COOH) +c (H+)＞c (OH－）
C. Va＜Vb时：c (CH3COO－)＞c (K+）＞c (OH－）> c (H）
D. Va与Vb任意比时：c (K+）+ c (H+) ＝c (OH－）+ c (CH3COO－)
解析：若Va>Vb，醋酸过量，按照物料守恒可知，n(CH3COOH)+ n(CH3COO－)＝，n(K+)＝，则A选项正确；若Va＝Vb，反映后为CH3COOK溶液，由于的CH3COO－水解而显碱性，按照质子守恒可知，B选项正确；若Va＜Vb，说明碱过量，当碱液加的量足够多，则可以存在c(K+)＞c(CH3COO－)，C选项错误；D选项符合电荷守恒，正确。

答案：C
【练习3】（09全国卷10）用mol·L－1的盐酸滴定mol·L－1的氨水，滴定进程中不可能出现的结果是
A．c(NH4+)＞c(Cl－)，c(OH－)＞c(H+)
B．c(NH4+)＝c(Cl－)，c(OH－)＝c(H+)
C．c(Cl－)＞c(NH4+)，c(OH－)＞c(H+)
D．c(Cl－)＞c(NH4+)，c(H+)＞c(OH－)
解析：溶液中不可能出现阴离子均大于阳离子的情况，不遵循电荷守恒，故C项错。

答案：C
【练习4】（09江苏卷13）下列溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是
A. 室温下，向mol/L NaHSO4溶液中滴加NaOH溶液至中性：
c(Na+)＞c(SO42－)＞c(NH4+)＞c(OH－)＝c(H+)
B. mol/L NaHCO3溶液：c(Na+)＞c(OH－)＞c(HCO3－)＞c(H+)
C. Na2CO3溶液：c(OH－)－c(H+) ＝c(HCO3－) + 2c(H2CO3)
D. 25℃时，pH＝，浓度均为mol/L的CH3COOH、CH3COONa混合溶液：
c(CH3COO－) + c(OH－) ＜c(CH3COOH) + c(H+)
解析：B 选NaHCO3溶液中，OH－是由HCO3－水解和水的电离所出成的，可是这些都是微弱的。

HCO3－的浓度远大于OH－浓度，故错；D项，由电荷守恒有：c(CH3COO－)+ c(OH－)＝c(H+) + c(Na+)，由物料守恒可得：2c(Na+) ＝c(CH3COO－)+ c(CH3COOH)，
将两式中的c(Na+) 消去，可得c(CH3COO－)+2c(OH－)＝2c(H＋)+ c(CH3COOH)。

所以
c(CH3COO－) + c(OH－) －c(H+) －c(CH3COOH) ＝c(H+)－c(OH－)，因为pH ＝，故c(H+)－c(OH－)＞0，所以D项不等式应为“＞”，故错。

答案：AC
【练习5】将K2SO4、Al2(SO4)3、KAl(SO4)2三种盐混合溶于用H2SO4酸化的水中，测得c(SO42－)＝mol·L－一、c(Al3＋)＝mol·L－1，溶液的pH＝，则c (K+) ＝?
解析：按照电荷守恒规律，可写出如下关系式：
3c(Al3+) + c (K+) + c (H+)酸+ c (H+)水＝c (OH－)水+ 2c (SO42－)，因为
c (H+)酸＝·L－1，且c (H+)水＝c (OH－)水代入数据有：
3×·L－1 ＋c (K+) ＋·L－1 ＝2×·L－1，解得：
c (K+) ＝·L－1
答案：c (K+) ＝mol·L－1
电解质溶液中离子浓度问题综合性超级强，在高考温习中电解质溶液的三大守恒关系：电荷守恒、物料守恒、质子守恒是考试的重点，也是学生面对的难点，学生在温习时，如何把握好溶液中的三大守恒关系，常常感到无从下手或是混淆这些问题，致使做题时常常犯错，若能掌握这三种守恒关系，这种问题便迎刃而解。