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“质子守恒”原理

来源:未知作者:翟娜 点击:所属专题: 质子守恒
根据酸碱质子理论,酸碱反应的本质是质子的传递,当反应达到平衡时,酸失去的质子和碱得到的质子的物质的量必然相等。其数学表达式称为质子守恒式或质子条件式,常用符号PBE表示。 求质子条件式的方法有两种。一种是由物料守恒式和电荷守恒式推导(质子守恒=电荷守恒

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      根据酸碱质子理论,酸碱反应的本质是质子的传递,当反应达到平衡时,酸失去的质子和碱得到的质子的物质的量必然相等。其数学表达式称为质子守恒式或质子条件式,常用符号PBE表示。

      求质子条件式的方法有两种。一种是由物料守恒式和电荷守恒式推导(质子守恒=电荷守恒-物料守恒),另一种是直接根据质子得失的关系给出。首先选择适当的物质作为考虑质子传递的参照物,通常选择哪些在溶液中大量存在并参与质子传递的物质(即参与得失H+的物质),如溶剂本身,这些物质称为参照水准(或零水准)。然后,从零水准出发,根据得失质子的物质的量相等的原则,即可写出质子条件式。如浓度为c(Na2HPO4)的溶液中,用第一种方法求解:
 
      物料守恒:c(Na+) =2c;c(H3PO4) +c(H2PO4-) +c(HPO42-) +c(PO43-) = c
 
      电荷守恒:c(Na+) +c(H+) = c(H2PO4-) +2c(HPO42-) +3c(PO43-) +c(OH-)
 
      整理后得质子条件式(质子守恒=电荷守恒-物料守恒):c(H+) + c(H2PO4-) + 2c(H3PO4) = c(PO43-) + c(OH-)
 
     采用第二种方法:选HPO42-和H2O为参照水准(因为这在Na2HPO4溶液中,只有这两种粒子参与H+得失),HPO42-得一个质子为H2PO4- ;失一个质子为PO43-;得两个质子为H3PO4  ;H2O得一个质子为H3O+ ;失一个质子:OH-

       得失质子的物质的量必然相等,故可得:c(H+) + c(H2PO4-) + 2c(H3PO4) = c(PO43-) + c(OH-)
 
      同理可知:Na2S溶液中的质子守恒关系式为:c(OH-) = c(HS-) + 2c(H2S) + c(H+)
 
      NaHS溶液中的质子守恒关系式为:c(H+) + c(H2S) = c(S2-) + c(OH-)
 
     当然,在运用守恒关系解题时,有时往往要把几种守恒原理综合起来加以考虑。
 
       在选择参照水准时,不能把共轭酸碱对中的两个组分都选作参照水准,而只能选择其中的任何一种,因为共轭酸碱对互为得(失)质子,若同时选作参照水准物,其作用互相抵消。
 
     以上方法是利用得失质子守恒而得出的,得质子只是弱酸阴离子,但弱碱阳离子不是得质子,而是得OH-直接运用以上方法就不得,如NH4Cl。但我们可以换位思考一下,得质子守恒,得OH-也可以守恒!
 
      则以上方法可以改为:NH4+得一个OH-为NH3*H20 ;H2O得一个OH-为OH-(相当于OH-溶于水,还是OH-);失一个质子为H+ 。得失OH-的物质的量必然相等,故可得:c(H+) = c(NH3*H20) + c(OH-)。这样处理,和运用H2O电离出来的c(H+)=c(OH-) 得出来的结果是一样的!

      另:以上思考方式对于分析一些混合溶液的质子守恒,也是适合的。如NaOH和CH3COOH混合,且CH3COOH过量。
酸碱混合发生中和反应,酸过量,溶液呈酸性。则反应后可以看作是CH3COOH与CH3COONa的混合溶液。像这种情况,则可以把溶液里的质子守恒关系分开两部分两考虑,再综合结果:
 
      CH3COOH溶液中:CH3COOH失一个质子为CH3COO- ;H2O得一个质子为H3O+ ;失一个质子为OH-,得失质子的物质的量必然相等,故可得:c(H+) = c(CH3COO-) + c(OH-)
 
      CH3COONa溶液中:CH3COO-得一个质子为CH3COOH ;H2O得一个质子为H3O+;失一个质子为OH得失质子的物质的量必然相等,故可得:c(H+) + c(CH3COOH) = c(OH-)

       以上两个结果合并后就是:2c(H+) + c(CH3COOH) =c(CH3COO-) + 2c(OH-) 这就是如NaOH和CH3COOH混合,且CH3COOH过量的混合溶液中的质子守恒。
 

 
(责任编辑:化学自习室)
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