运用酸碱质子理论巧写质子守恒式
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摘要：电解质溶液中存在三种守恒关系，在解决有关离子浓度大小顺序比较中非常重要，它也是高考的重要考点，而学生掌握起来非常困难，并且出错率高。常规方法虽然掌握简单，但操作繁琐，费时。本文从酸碱质子理论的内涵出发，通过找水准利用框图模式快速书写质子守恒式，收到良好的教学效果。
关键词：质子守恒；酸碱质子理论；水准
中图分类号：G620 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2011）05-0183-01
在高中化学教学中，电解质溶液中存在电荷守恒、物料守恒和质子守恒三种关系。其中学生容易掌握前两者关系，但对质子守恒却掌握不够。这三种关系的运用在离子浓度大小的判断与比较中非常重要。各种参考资料及平时的考试、练习中，经常出现有关应用质子守恒判断离子浓度大小的问题。如何导出质子守恒关系以及如何应用它来解题，是教学中的难点之一。
一、常规写法
不必明确质子守恒的内涵，从形式上书写。一般操作方法是：先研究电解质溶液中存在哪些微粒，然后写出电荷守恒和物料守恒，由两关系推导质子守恒式。按电解质复杂程度基本上有以下几种类型。
（一）电解质溶液中电解质不水解，则无质子守恒。如NaCl溶液则不存在质子守恒。
（二）含单一溶质（弱酸的酸式盐或正盐）的电解质溶液：如浓度为cmol/L的Na2CO3溶液中，其电荷守恒式为c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)①，依Na2CO3溶液中无论碳原子以什么形式存在，都有碳原子守恒，建立关系n(Na+)=2n(C)，故可得物料守恒c(Na+)=2c(HCO3-)+2c(CO32-)+2c(H2CO3) ②，由①②消除c(Na+)可推导出质子守恒式c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
（三）溶液中有多种电解质，比较复杂的溶液体系。如c(Na2CO3):c(NaHCO3)=x:y，则溶液中存在电荷守恒式为c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)③，由物料守恒(x+y)n(Na+)=(2x+y)n(C)=(2x+y)[c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)]④,可得质子守恒式(x+y)c(OH-)+yc(CO32-)=(x+y)c(H+)+xc(HCO3-)+(2x+y)c(H2CO3)⑤
以上方法操作简单，三个守恒关系式中只有两个是独立的，即已知其中任意两个便可导出第三个来。所以质子守恒式可由溶液的电荷守恒式和物料守恒式联立（消去不参加质子得失即不水解的离子如Na+、K+等）导出。学生很容易掌握，但是计算相对繁琐，耗时多，甚至容易出错。
（一）明确质子守恒的含义，找水准。酸碱反应达到平衡时，酸（含广义酸）失去质子（H+）的总数等于碱（或广义碱）得到的质子（H+）总数。这种得失质子（H+）数相等的关系就称为质子守恒。或者理解为电解质溶液中的分子或离子得到或失去的质子的物质的量相等。怎样正确书写某盐溶液中的质子守恒关系呢？较简便而迅速的方法和步骤是：找出溶液中与质子（H+）得失有关的水准（主要型体）。如在Na2CO3溶液中，Na+不参与质子的得失不予考虑，CO32-的水解与质子的得失有关，当然还有H2O的电离，所以在溶液中与质子的得失有关的行为主体就是CO32-和H2O；同理，如在NaHCO3和在NaH2PO4溶液中，与质子得失有关的行为主体除H2O外分别还有HCO3-和H2PO4-，CH3COONH4溶液中与质子得失有关的行为主体有H2O、CH3COO-、NH4+。
（二）框图模式快速书写。如在Na2S溶液中，水准为S2-（由电解质直接电离的能水解的离子）和H2O，两水准质子转移示意图如下：分别用水准得失质子的各种形态如HS-、H2S等表示过程中质子得失的个数，由S2-水解得到H2S时，得到2个H＋，故可用2c (H2S)表示这个过程中得质子数。
由得失质子相等，不难看出质子守恒的关系式为：
c(H3O＋)+c(HS－)+2c(H2S)＝c(OH－)或c(H＋)+c(HS－)+2c (H2S)＝c(OH－)
同理对于CH3COONH4溶液中存在水准：H2O、CH3COO-、NH4+，则水准质子转移示意图如下：
质子守恒的关系式为：c(H3O＋)+c(CH3COOH)＝c(OH－)+c (NH3・H2O)
比较复杂的溶液中，如c(Na2CO3):c(NaHCO3)=x:y时，溶液中存在水准：H2O、HCO3-、CO32-，复杂之处在于要体现溶液中Na2CO3和NaHCO3的比例关系，只需将各水准质子转移乘倍数即可，当然H2O这个水准质子转移也要乘倍数，示意图如下：
在整个过程中由得失质子相等得：
yc(H2CO3)+xc(HCO3-)+2xc(H2CO3)+(x+y)H＋=yc(CO32-)+(x+y)c(OH-)
整理可得xc(HCO3-)+(2x+y)c(H2CO3)+(x+y)H＋=yc(CO32-)+ (x+y)c(OH-)与常规法得到的结果⑤一致。
三、方法比较
比较可以看出，以质子理论写质子守恒式操作简单，耗时少，正确率高。但找水准以及水准得失质子时的倍数关系非常重要，只要细心就不会出错。实际教学过程中发现，成绩中游的学生掌握良好，适于用此法，但基础稍差的学生最好用常规方法，毕竟操作过程中注意细节少些，容易得出结论。当然两种方法需要在平时练习中加强训练，都可以做到万无一失。
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