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质子平衡式的三种推导方法

来源:未知作者:刘心宇 点击:所属专题: 质子守恒
质子平衡式是用物质的量浓度表示得失质子(指氢离子)数相等的方程式。其书写方法有很多,现 有 以下几种比较简便的方法 : 1. 关系式法 关系式法的使用关键是找出溶液中各物质之间的平衡关系,并依据平衡条件,即 碱得到的质子总数 == 酸放出的质子总数 如:醋酸溶液中

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质子平衡式是用物质的量浓度表示得失质子(指氢离子)数相等的方程式。其书写方法有很多,现有以下几种比较简便的方法:

1.关系式法

关系式法的使用关键是找出溶液中各物质之间的平衡关系,并依据平衡条件,即

碱得到的质子总数==酸放出的质子总数

如:醋酸溶液中质子平衡式的推导方法

在醋酸溶液中存在如下平衡关系

质子平衡式的三种推导方法

则:c(Ac-)= HAc释放出的水合氢离子浓度;c(OH-)=水释放出的水合氢离子浓度

c(H3O+)总= c(Ac-)+ c(OH-),简写为:c(H+)总= c(Ac-)+ c(OH-)

又如:Na2CO3溶液中质子平衡式的推导方法

Na2CO3在水中存在如下平衡和等量关系,溶液中OH-离子的来源有三种途径:

⑴水的电离:H2O质子平衡式的三种推导方法 H++OH-水电离产生的OH-和H+相等。

        ⑵CO32离子水解::

       ①CO32+ H2O 质子平衡式的三种推导方法 HCO3+ OH-

       ②HCO3+ H2O质子平衡式的三种推导方法 H2CO3+ OH-

      ①②两步中水解产生的OH-都是由CO32离子水解所得,由于起始溶质是CO32离子,不妨将①②两步分开计算,即可看作部分CO32只发生一级水解,产生HCO3,则有

       CO32+ H2O质子平衡式的三种推导方法 HCO3+ OH-

        即CO32离子一级水解产生的OH-和HCO3相等。

另一部分CO32发生水解产生H2CO3

       ③CO32+ H2O 质子平衡式的三种推导方法 H2CO3+ 2OH-

       即部分CO32离子发生两级水解产生的OH-离子是H2CO3分子物质的量的两倍。

由上述定量关系,可推出如下酸碱质子平衡式:

          c(OH-)=c(H+)+ c(HCO3)+2 c(H2CO3)

(1)选出能给出质子和结合质子的基准态物质(包括水),列于方框内;

(3)利用下列公式求算:

酸失去的质子数(mol)=对应碱的浓度×该酸在反应中失去的质子数;

碱得到的质子数(mol)=对应酸的浓度×该碱在反应中得到的质子数;

(4)列质子平衡式。即依据酸失去的质子数(mol)与碱得到的质子数(mol)相等的关系,列出质子平衡式。

如在Na2S的水溶液中,建立质子平衡式,按上述步骤则有:

质子平衡式的三种推导方法

 

框图左侧为物质失去质子后得到的粒子,右侧为物质得到质子后形成的粒子。依据得失质子相等的关系,可知:

故质子平衡式为:

c(OH-)= c(HS-)+2 c(H2S)+ c(H+)

c(H+)= c(OH-)-c(HS-)-2 c(H2S)。

基准态微粒的选取是正确书写的前提。一般水既能给出质子又能结合质子,即自身电离。常见的弱碱阳离子中有NH4能给出质子,弱酸阴离子都能结合质子,弱酸的酸式根离子(如HCO3)既能给出质子又能结合质子。

3.物料——电荷法

即建立质子平衡式的方法是由物料平衡式与电荷等衡式推出的,方法是先推出物料平衡式和电荷等衡式,再由两式相减即得。

如在Na2CO3溶液中,物料平衡式的推导如下:

若Na2CO3溶液的物质的量浓度为1mol/L,则c(Na+)=2mol/L,假定CO32-离子不水解,则c(CO32-)=1 mol/L。实际上,Na2CO3为强碱弱酸盐,CO32-离子能部分水解,CO32-离子水解后变成了HCO3-和H2CO3,由于水解是可逆的、微弱的,溶液中还有大量的未水解的CO32-离子。根据碳元素守恒,Na2CO3中的CO32-离子在溶液中以HCO3-、H2CO3和CO32-三种形态存在,三种粒子浓度之和等于1mol/L。所以,物料平衡式为:

c(CO32)+ c(HCO3)+ c(H2CO3)=1mol/L=c(Na+)/2

c(Na+)= 2c(CO32)+ 2c(HCO3)+ 2c(H2CO3)=2 mol/L……①

Na2CO3溶液中的电荷平衡式推导如下:

在Na2CO3溶液中,存在如下关系式:

Na2CO3=2Na++CO32

H2O 质子平衡式的三种推导方法 H++OH-

CO32+ H2O质子平衡式的三种推导方法 HCO3+ OH-

HCO3+ H2O质子平衡式的三种推导方法 H2CO3+ OH-

由上述关系式可知,在Na2CO3溶液中存在的阳离子有Na+和H+,阴离子有HCO3、CO32和OH-。根据溶液呈电中性的原则,则阳离子所带的正电荷数等于阴离子所带的负电荷数。由此,电荷平衡式为:

c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3)+2c(CO32)……②

由②-①(或将①中钠离子浓度代入②)并整理得:

c(H+)= c(OH-)-c(HCO3)-2 c(H2CO3)……③

③式即为质子平衡式。

(责任编辑:化学自习室)
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