用图示法解决混合溶液中质子守恒题
·解题策略·
测量评价
用图示法解决混合溶液中质子守恒题
林 飞1,戴 洁2
(1江苏省丹阳市第六中学,江苏丹阳 212300,2 苏州大学材料与化学化工学部,江苏苏州 215123)
摘要:介绍了解决单一溶液中质子守恒题的图示法,提出了用图示法解决混合溶液中质子守恒题,并归纳其解题规律。关键词:图示法;混合溶液;质子守恒
文章编号:1005–6629(2013)1–0065–02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
在历年的高考化学试卷中,质子守恒题一直是高考的热点和难点。在平时的教学中,很多化学教师都是运用电荷守恒式和原子守恒式,通过数学变形的方法来推导质子守恒式,过程比较繁琐,不能很好地被学生理解。学生普遍不会运用这种方法来解决质子守恒题,导致质子守恒题的错误率极高。
笔者认为用图示法可以很好地解决混合溶液中质子守恒题,可以化繁为简,轻松地解决质子守恒相关的试题。
1 用图示法解决单一溶液中质子守恒题2009年,吴芳、肖继老师第一次用图示法解决质子守恒问题[1],在该文中,作者选择参考水准(零水准),借助示意图,分析了Na2CO3溶液中质子守恒式。
+
H2CO3
现结合例题,来探讨用图示法解决混合溶液中质子守恒题。
例题1 (四川省2012年理科综合试卷第10题)常温下,下列溶液中的微粒浓度关系正确的是
A.新制氯水中加入固体NaOH:c(Na+)=c(Cl-)+
c(ClO-)+c(OH-)
B. pH=8.3的NaHCO3溶液:c(Na+)>c(HCO3-)>
c(CO32-)>c(H2CO3)
C. pH=11的氨水与pH=3的盐酸等体积混合:c(Cl-)=c(NH4+) >c(OH-)=c(H+)
D. 0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液与0.1 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合:
2c(H+)-2c(OH-)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)A、B、C选项比较简单,不再赘述,D选项实际考查的是0.05 mol·L-1 CH3COOH和CH3COONa混合溶液中的质子守恒式。
2.1 常规法
在CH3COOH和CH3COONa混合溶液中,根据电荷守恒得(1)式:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-);根据原子守恒得(2)式:2c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-);(1)式变形得(3)式:c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-)-c(H+),(3)式代入(2)式整理得:2c(OH-)+c(CH3COO-)=
HCO3-
无OH-
H+=H3O+ 得到的质子守恒式为:2c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(H+)=
c(OH-)
该文中,提出了解题规律:示意图中得到的质子浓度之和等于失去的质子浓度之和,得失质子数是几,得到物质前的系数就是几。
2012年,刘文兵、韩善芳老师也用图示法分别分析了Na2CO3单一溶液和NaHCO3单一溶液中的质子守恒式[2],解题规律同上。
但吴芳、肖继老师在文中指出,用图示法解决质子守恒题,仅适用于单一溶液,不适用于混合溶液;刘文兵、韩善芳老师也仅仅简单探讨了单一溶液中的质子守恒式。
到目前为止,没有相关文献提出用图示法来解决混合溶液中质子守恒问题。
2 用图示法解决混合溶液中质子守恒题
化学教学 2013年第1期
c(CH3COOH)+2c(H+),所以D选项正确。
点评:这是高中化学教师解决质子守恒题通用的方法,根据电荷守恒式和原子守恒式,通过数学方法推导质子守恒式。
2.2 图示法
分别选择CH3COO-和H2O、CH3COOH和H2O为参考水准(注意选择2个参考水准,分别用质子守恒示意图分析)。
简单介绍参考水准的选择:通常是原始的酸碱组分,大量存在并与质子转移直接有关的酸碱组分。在高中阶段,一般为能水解的阴离子和H2O或者弱酸和H2O。
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测量评价
CH3+
+
·解题策略·
无OH
-
H2CO3 H+=H3O+ CO32- OH-
H=H3O
得(1)式:c(CH3COOH)-0.05+c(H+)=c(OH-)(注意原溶液中有0.05 mol·L-1的CH3COOH,所以CH3COOH浓度要减去0.05 mol·L-1)
CHCOO- 无3
++H=H3O得(2)式:c(H2CO3)+c(H+)=c(OH-)+c(CO32-)-0.1(注意原溶液中有0.1 mol·L-1的CO32-,所以CO32-浓度要减去0.1 mol·L-1)
(1)式+(2)式得:3c(H2CO3)+2c(H+)+c(HCO3-)=2c(OH-)+c(CO32-) (注意左边和右边的0.1可以约去)。
所以,c(OH-)=c(H+)+0.5c(HCO3-)+1.5c(H2CO3)-0.5c(CO32-),D选项是正确的。
点评:例题2的 D选项经常出现在各地高三化学模拟试题中,若用图示法,选择2个参考水准,2次分析质子守恒式,可以很轻松地解答该题。
例题3 写出物质的量浓度为0.1 mol·L-1 Na2HPO4
和NaH2PO4混合溶液的质子守恒式。
分别选择HPO42-和H2O、H2PO4-和H2O为参考水准(注意选择2个参考水准,分别用质子守恒示意图分析)。
这道题目与例题2的实质一样,也曾出现在高三化学模拟试题中,采用图示法分析,可以很快得到质子守恒式为:3c(H3PO4)+2c(H+)+c(H2PO4-)=2c(OH-)+c(HPO42-)+3c(PO43-)。
点评:用图示法解决混合溶液中质子守恒题,适用于多种混合溶液:如例题中的CH3COOH和CH3COONa混合溶液,Na2CO3和NaHCO3混合溶液,Na2HPO4和NaH2PO4混合溶液。此外,也适用于NaCN和HCN混合溶液,NaF和HF混合溶液等,尤其适用于缓冲体系中的混合溶液。
通过以上的例题,不难发现,解决混合溶液中质子守恒题时,首先需要选择2个参考水准;其次画出2个质子守恒示意图,每次写质子守恒式时,要注意:(1)得失质子数是几,得到物质前的系数就是几;(2)某些离子的浓度需要减去原混合溶液中该离子的浓度;最后,把得到的2个质子守恒式相加,即得混合溶液中的质子守恒式。
总之,无论用图示法来解决单一溶液中质子守恒题还是混合溶液中质子守恒题,可以化繁为简,可以带
OH
-
得(2)式:c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)-0.05(注意原溶液中有0.05 mol·L-1的CH3COO-,所以CH3COO-浓度要减去0.05 mol·L-1)
(1)式+(2)式得:c(CH3COOH)+2c(H+)=2c(OH-)+
c(CH3COO-),所以D选项正确。
混合溶液中质子守恒题的解题规律:解混合溶液中质子守恒这类题时,要求先分别选择2个参考水准,分别用质子守恒示意图分析,最后将得到的2个质子守恒式相加,即得到混合溶液中质子守恒式。
点评:例题1的D选项同2008年江苏高考化学卷12题C选项:物质的量浓度相等CH3COOH和CH3COONa溶液等体积混合(省略A、B、D选项):
c(CH3COO-)+2c(OH-)=2c(H+)+c(CH3COOH)当年这个C选项难倒了很多学生,但是若选择2个参考水准,分别画出质子守恒示意图,可以很轻松地解决这类题目。
例题2 (2012年江苏省苏南四市高三化学第二次模拟试卷14题)浓度均为0.1 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3混合溶液中的有关微粒的浓度关系为(省略A、B、C选项):
D. c(OH-)=c(H+)+0.5c(HCO3-)+1.5c(H2CO3)-
0.5 c(CO32-)
分别选择CO32-和H2O、HCO3-和H2O为参考水准(注意选择2个参考水准,分别用质子守恒示意图分析)。
H2CO3
-HCO 3+
无OH-
给学生一种美感(画示意图)和心灵的震撼。因此,笔者认为图示法是解决混合溶液中质子守恒题的最佳方法。
参考文献:
[1]吴芳,肖继.全析质子守恒[J].中学化学,2009,(10):11.[2]刘文兵,韩善芳. 以图导思、意明题简——图示法在高三化学复习中的应用[J].中学化学教学参考,2012,(1-2):42~43.
化学教学 2013 年第1期
H+=H3O+ 得(1)式:2c(H2CO3)+c(HCO3-)-0.1+c(H+)=c(OH-)(注意原溶液中有0.1 mol·L-1的HCO3-,所以HCO3-浓度要减去0.1 mol·L-1)
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