书写质子条件式的最简单方法——图示法

王嘉霖

（川北教育学院化学系）

1  方法要点

图示法直接书写PBE的方法要点如下：

⑴选好质子基准态物质。

质子条件式表示在质子传递反应中得失质子数相等，显然在构成质子条件时，必需选择适当的物质作为参考物质，称为质子基准态物质（或称质子参考水平、或零水平）。质子基准态物质就是溶液中大量存在的并参与质子转移的物质。通常是原始酸碱组分和溶剂分子，（绘出示意图，将质子基准态物质列入图中方框内）。

⑵以质子基准态物质为准，列出得失质子后的产物及得失质子的数目。

与质子基准态物质相比，质子数多的就是质子产物（标在示意图方框的左边，用箭头连接起来），质子数少的已经失质子产物（标在示意图方框的右边，用箭头连接起来）。在箭头上方标明各个质子基准态物质转化为产物时得失质子的个数。

⑶根据得失质子等衡原理，写出PBE。

所有能得失质子后的产物写在左端，所有能失质子后的产物写在右端，再加上等号即得PBE。

说明两点：①正确的PBE中应不含有基准态物质本身的有关项；②处理多级离解关系的物质时，用得质子的个数作为该物质平衡浓度前的系数（见例5等）

2  各类溶液的质子条件

2.1 一元弱酸溶液的质子条件

例1 写出HA（A－代表CH3COO－、CN－等）溶液的PBE。

解  用图示法书写PBE。首先，要了解溶液中的酸碱平衡情况，写出有关酸碱平衡式，在HA溶液中质子转移情况是

HA与H2O间质子转移  HA+H2OH3O++A－

H2O分子间质子转移H2O+H2OH3O++OH－

其次，选出HA溶液中大量存在并参与质子转移的物质HA和H2O，HA失质子而生成A－；H2O既可得质子而生成H3O+，也可以失质子而生成OH—，于是质子转移情况可图示如下：

http://s1/middle/61d1a707g7900a5355f90&690

第三、根据得失质子数相等原理，可按下法写出HA溶液的PBE：

左边各项相加＝右边各项相加

（得质子各项相加）＝（失质子各项相加）

即c(H3O+)=c(A－)+c(OH－)      （H3O+可简化为H+）

式中c(H3O+)是水得质子后的产物的浓度，c(A－)和c(OH－)分别是HA和H2O失去质子后的产物的浓度，若两端乘以溶液体积，就表示得失质子的物质的量相等。

由上可见，质子条件式中不出现质子基准态物质。

例2 写出NH4Cl溶液的PBE。

解 在NH4Cl溶液中存在如下平衡：

NH4Cl＝NH4++Cl－         NH4++H2ONH3+H3O+          H2OH++OH－           H2O+H+H3O+

选NH4+、H2O为基准态物质，Cl－虽然大量存在，但不参与质子传递，不能作为基准态物质，故NH4Cl可按一元弱酸处理，溶液中质子转移情况如下：

PBE为  c(H+)=c(NH3)+c(OH－)

从上式得知，PBE中各项，即可以是带电荷的离子的平衡浓度，也可以是不带电荷的分子的平衡浓度，这就有别于电荷平衡式。

一元弱酸溶液的PBE中c(H+)等于两项之和，一项是H2O电离出等量的H+和OH－，另一项是弱酸（HA或NH4+）电离出等量的H+和A－或NH3

2.2一元弱碱溶液的质子条件

例3  写出NH3溶液的PBE。

解 选NH3、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下：

http://s16/middle/61d1a707gba0676429c8f&690

PBE为：c(NH4+)+c(H+)=c(OH－)

例4  写出NaA（A－代表CH3COO－、CN－等）溶液的PBE。

解  选A－、H2O为基准态物质，Na+虽然大量存在，但不参与质子传递，不能作为基准态物质，故NaA可按一元弱碱处理，溶液中质子转移情况如下：

http://s10/middle/61d1a707gba0677f93799&690

PBE为:c(HA)+c(H+)=c(OH－)

一元弱碱溶液的PBE中，c(OH－)等于两项之和，一项是H2O电离出等量的H+和OH－，另一项是NH3或A－从H2O获得质子后产生等量的OH－和NH4+或HA。

2.3  多元弱酸溶液的质子条件

例5  写出H3PO4溶液的PBE。

解  选H3PO4、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下

http://s12/middle/61d1a707gba067a1189fb&690

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

在上式失质子产物中，HPO42－是H3PO4失去两个质子后的产物，PO43－是H3PO4失去3个质子后的产物，故在质子条件式中c(HPO42－)和 c(PO43－)前必须分别乘以失质子的个数2和3，才能保持得失质子数是相等的。

2.4多元弱碱的质子条件

例6  写出Na2A(A2-代表S2－、CO32－、C2O42－等)溶液的PBE。

解 选 A2－、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下：

http://s4/middle/61d1a707gba067baf2323&690

PBE为：c(H+)+c(HA－)+2cH2A)=c(OH－)

2.5两性物质溶液的质子条件

2.5.1多元酸的酸式盐

例7 写出NaHA(A2-代表S2－、CO32－、C2O42－等)溶液的PBE。

解  选 HA－、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下：

http://s4/middle/61d1a707gba067d6ff633&690

2.5.2弱酸弱碱盐

例8  写出NH4A溶液的PBE

解 选NH4+、A－、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下：

http://s16/middle/61d1a707gba067f3e994f&690

两性物质在溶液中既起酸的作用，又起碱的作用，其处理方法实际上是弱酸和弱碱的合并。在两性和盘托出的PBE中，左端为原始酸碱组分（酸式酸根离子或A－）和水得质子的平衡浓度之和，右端为原始酸碱组分（酸式酸根离子或NH4+）和水失去质子物质的平衡浓度之和。因此，PBE反映了酸碱平衡体系中得失质子的严密的数量关系，它是处理酸碱平衡问题的依据，对于组成较为复杂的两性物质，其PBE也易用图示法写出。

例9 写出NaNH4HPO4溶液的PBE。

解 选NH4+、HPO42－、H2O为基准态物质，溶液中质子转移情况如下：

http://s10/middle/61d1a707gba06866b3259&690

PBE：c(H+)+c(H2PO4－)+2c(H3PO4)=c(NH3)+c(PO43－)+ c(OH－)

2.6 强酸强碱溶液的质子条件

例10 写出盐酸溶液的PBE

http://s11/middle/61d1a707gba0688e2208a&690

PBE为：c(H+)＝c(Cl－)+c(OH－)

例11 写出NaOH溶液的PBE

c(OH－)＝c(H+)+c(Na+)

2.7混合溶液的质子条件

下面将两弱酸、弱酸及其共轭碱、弱酸与强酸、弱碱与强碱等的质子条件式分列如下：

⑴两弱酸（HA+HB）溶液的PBE

c(H+)＝c(A－)+c(B－)+c(OH－)

⑵弱酸及其共轭碱（HA－A－）溶液的PBE。

选HA、H2O为基准态物质：

http://s16/middle/61d1a707gba068a31fc5f&690

溶液中A－还有一个来源，即溶液中原有的A－（其值为c(A－)原），故必须从总的c(A－)总中减去此c(A－)原，则PBE为：c(H+)＝c(OH－)+c(A－)总－c(A－)原

http://s5/middle/61d1a707gba068c2177b4&690

http://s8/middle/61d1a707gba068c32ab47&690