在高三化学复习中讨论水溶液中离子浓度问题,有些复习资料和老师补充讲解“电荷守恒”、“物料守衡”、“质子守恒”
的知识。把“质子守恒”解释为“水中电离的H+离子与OH-离子的各种存在形式的总量相等”,或者“水电离的氢离子和氢氧根离子的量相等。”
按大学分析化学课程的论述酸碱平衡体系中电荷平衡、物料平衡、质子平衡(或质子条件)的概念,使用的是“平衡”而不是“守恒”。用哪个字眼来表述更准确?
质子平衡是质子平衡方程的简称。分析化学课程对“质子平衡”的解释是:“酸碱平衡体系中得到质子后的产物所得到的质子的物质的量与失去质子产物所失去的质子的物质的量相等。”。理解这一规律,必须有酸碱的质子理论为基础。中学生不具备这一基础。由于这个原因,把质子平衡解释成“水中电离的H+离子与OH-离子的量相等”,是否妥当?
在酸碱平衡体系中,除了水能失去或得到氢离子,形成OH-和H3O+(可用H+表示)外,溶液中的酸、碱、盐都有可能失去或得到氢离子。
如,强酸溶液(浓度c
a),酸能失去氢离子,它的质子平衡方程是:
c(H+) =
c(OH-) +
ca
对于Na2CO3溶液,溶液中存在下列平衡
H2O ⇄
H+ + OH-
CO32- + H2O ⇄ HCO3- +
OH-(①)
HCO3- + H2O ⇄
H2CO3 +
OH-(②)
水电离生成的部分H+被CO32-结合,成HCO3-或H2CO3,因此有下列关系:
c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
= c(OH-)
对于NaHCO3溶液,溶液中存在下列平衡
H2O ⇄
H+ + OH-
HCO3- ⇄
H+ +
CO32-(①)
HCO3- + H2O ⇄
H2CO3 + OH-(②)
溶液中的H+有HCO3-电离形成的,也有水电离产生的,此时质子平和衡就不能只考虑水电离出的H+,因此,质子平衡方程应该是:
c(H+) + c(H2CO3) -
c(CO32-)=
c(OH-)
依据“酸碱平衡体系中得到质子后的产物所得到的质子的物质的量与失去质子产物所失去的质子的物质的量相等”,写出酸碱平衡体系中的质子平衡方程就容易多了。
例如,对NaHCO3来说,溶液中得质子的产物是H+(即H3O+)、H2CO3。失质子的产物是CO3
2-、(OH-),因此,有下列质子平衡方程:
c(H+) + c(H2CO3) =
c(OH-) +c
(CO32-)
此外,中学的化学教学只要求学生对比较简单的酸碱平衡体系中离子浓度做相对比较,是否有必要在高三总复习中再补充讲解质子平衡的概念?