校正法书写混合溶液的质子守恒式

徐志宏

摘要：分析混合与单一溶液的质子守恒式的差别，提出可快速书写混合溶液中质子守恒式的方法——校正法，阐述基础溶液的选择原则、修正项表达式的书写规律，并结合试题详细介绍校正法的使用方法。

关键词：质子守恒式；混合溶液；校正法；校正项表达式

文章编号：1005-6629（2018）1-0087-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

质子守恒是有关化学反应原理的重要知识。溶液中质子守恒式的书写，不仅能考查学生核心知识的掌握情况，而且符合高考“以能力测试为主导”的要求，有效检测学生运用核心知识分析解决实际问题的化学素养。近年来，书写混合溶液的质子守恒式，已经在全国各地的高考试卷中频繁出现，成为能力考查的热点题型。

1研究现状

目前，质子守恒式的书写主要采用质子参考水准法。一般做法是先在矩形框中列出溶液中的质子参考水准，然后在其左侧和右側分别列出得失质子产生的各种微粒，再通过与质子参考水准对照确定形成每种微粒转移的质子数目，最后根据“产物得到的质子总数=产物失去的质子总数”写出质子守恒式。也有根据“水实际提供的氢离子=水实际提供的氢氧根”书写质子守恒式的，两者本质相同。要注意的是，在共轭型混合溶液中，计算产物得失质子总数时，无论采取哪种依据，都要剔除另一种共轭酸（或共轭碱）对表达式的影响。因此，无论选择哪种质子参考水准，直接写出的质子守恒式中都有一个常数项。

例如，在浓度分别为a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，选择CO^2-₃和H₂O为质子参考水准，得到的质子守恒式为：c（H⁺）+[c（HCO^-₃）-b]+2c（HVCO₃）=c（OH^-）①

选择HCO^-₃和H₂O为质子参考水准，得到的质子守恒式为：

c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+[c（CO^2-₃）-a]②

从近年的文献来看，研究者主要关注三个问题：第一，如何选择质子参考标准；第二，应该选择几个质子参考标准；第三，如何进行多个质子守恒式的合并。

其实，这三个问题早有研究者给出了答案。选择质子参考标准时，对非共轭体系应该选择参与质子转移的不同组分和水作为质子参考标准，在共轭体系中同一组分每次只要任意选择一种型体和水作为质子参考标准（一般选择大量存在的型体）。此处，将不能通过结合质子相互转化的微粒看成不同组分，将能够通过结合质子相互转化的微粒看成同一组分的不同型体。

例如在Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，CO^2-₃和HCO^-₃能够通过得失1个质子相互转化，应该看成是同一组分H_iCO^（2-i）-₃的不同型体，在选择质子参考标准时只要选择一个。在NH4 H2POrt溶液中，NH⁺₄和H₂PO^-₄不能够通过得失质子相互转化，应该看成是两种不同组分，在选择质子参考标准时要同时选中。

第二和第三个问题，本质上是同一个问题，即如何消去质子守恒式中的常数项。细心的研究者可以发现，与大学阶段不同，中学阶段最终书写的质子守恒式中都没有常数项。这就需要在基于某个质子参考标准直接写出质子守恒式之后，通过多个等式的合并来消去常数项。或许是由于对该操作目的性认识的缺失，部分研究者才会不断提出“如何书写浓度不同的混合溶液的质子守恒式”这个伪课题，作出同一溶液中不同质子参考标准不等效的错误论断，或采取舍弃常数项而直接乘以浓度进行合并的错误做法。

通常，多数研究者会采取选择不同质子参考标准的策略写出两个质子守恒式，进而合并消去常数项。值得注意的是，合并不是简单的加减，可能还要紧扣消去常数项这个目的乘以或除以一定的系数。

例如，在浓度分别为a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液中，采取①式+②式的处理方法就无法消去常数项a和b，而应该采取①式×a+②式×b的做法。处理后的结果为：

（a+b）×c（H⁺）+a×c（HCO^-₃）+（2a+b）

×c（H₂CO₃）=b×c（CO^2-₃）+（a+b）×c（OH^-）③

此外，消去常数项也可以通过物料守恒代人法进行处理。文献“用组分分离法书写混合溶液的质子守恒式”、“双组分混合溶液中质子守恒式的书写”和“框图法书写混合溶液质子守恒式的改进”本质上就是采用该方法来消去常数项的。

2校正法书写混合溶液的质子守恒式

校正法是根据化学平衡“只与反应条件和反应物的用量有关”的特点而首创的一种快速书写混合溶液中质子守恒式的方法。该方法忽略混合溶液中溶质之问的具体反应，直接把溶液看成“不反应”的基础溶液和外加溶液两部分，通过校正外加溶液中相关微粒对基础溶液的质子守恒式的影响，得出混合溶液的质子守恒式。endprint

2.1校正法的原理推导

将上述③式变形，有：

仔细观察，还会发现④式的剩余部分与Na₂CO₃溶液中质子守恒式c（H⁺）+c（HCO^-₃）+2c（H₂CO₃）=c（OH^-）相同，⑤式的剩余部分与NaHCO₃溶液中质子守恒式c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（CO^2-₃）+c（OH^-）相同。所以，在书写混合溶液的质子守恒式时，可以先写出基础溶液中的质子守恒式，再通过减去外加溶液中相关粒子的初始浓度进行校正，从而得出混合溶液中的质子守恒式。此处“外加溶液”既可以是后来加入的溶液，也可以是选为基础溶液之外的溶液。而“初始浓度”既可以理解为几种溶液充分反应后，各物质在混合溶液中的实际浓度；也可以理解为暂不考虑物质之间的反应，而根据稀释规律直接求得的浓度。根据等效平衡原理，这两种处理方法最终得到的质子守恒式是完全相同的，使用者可根据自己的习惯和实际情况灵活选用。其中，第二种处理方法可以避免学习者纠结于具体的反应过程，减少了大量的计算和判断，给解题带来了极大便利。

2.2基础溶液的选择原则

校正法本质上是基于质子参考标准，对外加溶液提供的型体（或组分）的浓度常数项进行形式上的校正处理，所以选择基础溶液的原则与选择质子参考标准的要求相同。例如，在Na₂C₂O₄和H₂C₂O₄混合溶液中，C₂O^2-₄与H₂C₂O₄能够通过得失2个质子相互转化，属于共轭体系，所以可以选择Na₂C₂O₄为基础溶液，把H₂C₂O₄看成外加溶液；也可以选择H₂C₂O₄为基础溶液，把Na₂C₂O₄看成外加溶液。又如，在Na₂C₂O₄和Na₂CO₃混合溶液中，C₂O^2-₄和CO^2-₃不能夠通过得失质子相互转化，属于非共轭体系，Na₂C₂O₄和Na₂CO₃必须同时选为基础溶液。

2.3校正项表达式的书写规律

根据化学平衡移动原理，只要没有产生气体或沉淀，平衡时质子守恒式只与投料条件有关，而与具体投料方式无关。所以，浓度分别为a、b的Na₂CO₃和NaHCO₃混合溶液，可以看成是由下列（1）、（2）、（3）三种情况的混合溶液反应而成。

2.4校正法书写混合溶液中质子守恒式的步骤

（1）选择基础溶液，写出原始浓度时的质子守恒式。

例如，在10mL0.3moL/L CH₃COOH溶液与20mL0.6mol/L NaOH溶液混合时，如果考虑CH₃COOH与NaOH的反应，得到CH₃COONa与NaOH混合溶液，属于非共轭型混合溶液，应该选择CH₃COONa溶液为基础溶液，其质子守恒式为c（OH^-）=c（CH₃COOH）+c（H⁺）。如果暂不考虑两者的反应，也属于非共轭型混合溶液，应该选择CH₃COOH溶液为基础溶液，其质子守恒式⑥为c（OH^-）+c（CH₃COO^-）=c（H⁺）。

接下来的分析，都以暂不考虑CH3COOH与NaOH的反应为基础进行分析。

（2）根据基础溶液，求出混合溶液中各组分的原始浓度。

在上例中，第二种情况时CH₃COOH的原始浓度endprint