电解质溶液中的三大守恒

张坚

摘 要：电解质溶液中的三大守恒是高中化学主要考点，很多学生对这部分知识理解不深，不能很好地从定量的角度进行解题，也无法从模型认知方面定位学习，本文拟从解决实际问题入手，帮助师生探究电解质溶液中的三大守恒。

关键词：电解质溶液;电荷守恒;物料守恒;质子守恒

在高三复习中，“电荷守恒”“物料守恒”和“质子守恒”并称为电解质溶液中的三大守恒，是高考的必考点，但也是教学中的难点，很多学生不能从本质上理解三大守恒要考核的化学核心素养和学科能力，导致得分率一直很低，为了更好地突破难点，本文从以下几个方面进行分析，以帮助学生更好地理解和掌握。

一、三大守恒涉及的化学核心素养

要理解三大守恒，必须了解三大守恒涉及的化学核心素养，从三大守恒的表达式及成因看，涉及“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理和模型认知”等核心素养，在考查学生解决实际问题能力的同时，也考查学生对弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡和沉淀溶解平衡等三大平衡的理解，并通过三大守恒的学习，培养学生的微粒观、平衡观和守恒观。

教师在教学中，不能仅限于解决几个题目，而是要通过解题，引导学生树立化学的思想，建立电解质在水溶液中行为的“微粒作用观”，深化“宏观——微观——符号”三种表征的化学学科思维。在三大守恒的学习中，学生需要掌握以下几点：

（1）认识溶液系统中微粒的种类、来源、作用以及结果等。

（2）建构“微粒来源——微粒种类——微粒作用及结果”的认识思路。

（3）分析溶液中各种微粒的定量关系。

当学生形成宏微结合和变化守恒的化学思想时，就能够从现象看到本质，对电解质溶液能够深入剖析，从而解决化学中的实际问题。

二、三大守恒

（一）电荷守恒

描述：电解质溶液中所有阳离子所带的正电荷总数与所有阴离子所带的负电荷总数相等。

例：Na3PO4溶液中的电荷守恒表达式：

原因：在Na3PO4溶液中除了含有Na+、PO43-外，也存在水电离出的H+和OH-，并且由于PO43-水解，也存在HPO42-、H2PO4-和H3PO4分子，但H3PO4分子不带电，不计入电荷守恒中。由于常见溶液都是电中性的，在溶液中存在的所有微粒所带的正电荷总数必然等于负电荷总数。

注意事项：在电荷守恒中，最容易出错的有两点，一是没有写出所有带电的微粒，特别是由于水解或者电离产生的离子，学生很容易遗失。二是不同的离子所带的电荷不一样，有些带一个单位电荷，有些带两个单位电荷，学生很容易写错。

解决办法：

（1）从宏观转到微观，认真分析不同的微粒在水中的变化情况，特别是电离平衡和水解平衡，务必将所有的带电粒子全部写出。

（2）所有带有电荷的微粒在守恒式中要牢记“系数即电荷”的口诀，以避免漏写或错写。

拓展例题：大气中PM2.5、NOx、SO2、CO的含量是衡量空气质量优劣的重要指标，对其研究和综合治理具有重要意义。

（1）将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样，测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

根据表中数据计算PM2.5试样的pH=___________。

解法：通过电荷守恒式：

（二）物料守恒

描述：物料守恒是指电解质发生变化（反应或电离）前某元素的原子（或离子）的物质的量等于电解质变化后溶液中所有含该元素的原子（或离子）的物质的量之和。

从本质上讲，物料守恒实际上是元素守恒的一种形式，在化学反应及物理变化的过程中，元素的种类和数目均没有改变，所以学生在分析具体的物料守恒时，必须找到守恒最关键的元素，才能判断到底是哪些元素守恒。

例：NaHSO3溶液中的物料守恒表達式：

从微观的分析上，我们可以发现，NaHSO3溶液中，从始终态看，不管HSO3-是发生电离还是水解，在溶液中，Na元素和S元素的量永远是守恒的。即：

判断的关键一是要找出所有的微粒，不要遗漏，二是要准确判断微粒的主要核心元素，如一般不判断H和O元素的守恒，因为在溶液中水的H和O会干扰物料守恒的判断。

拓展例题：下列说法正确与否？为什么？

解答：从物质的核心元素可以得出，与数据有关的核心元素是Na和C，所以应该通过这两种元素建立物料守恒式，在混合溶液中Na和C的数量比应该是3∶2，所以该说法是错误的，正确的物料守恒式应该为：

技巧：等式两边一定会分别有共同的元素，以便于我们去推理判断，这也是判断物料守恒关系式的一个着眼点。

（三）质子守恒

描述：无论溶液中结合氢离子还是失去氢离子，但氢离子总数始终为定值，也就是说结合的氢离子的量和失去氢离子的量相等。

在质子守恒中，实际上我们讨论的是（H+）或者叫水合氢离子（H3O+），因为在溶液中不存在独立的质子，而氢原子只有一个电子，核内又只有一个质子，没有中子，一般用（H+）来代替质子，所以该守恒称为质子守恒。

像NaHCO3溶液中的质子守恒分析，从图中可以看到：

判断的关键同样要找出所有的微粒，不要遗漏，并且要知道哪些微粒可以得失质子（H+）？学生主要的困惑在于不了解什么微粒可以得失质子（H+），这也是普遍认为质子守恒最难的一个原因。

巧解：将混合溶液中的电荷守恒式和物料守恒式相联立，通过代数运算消去其中某离子，也可推出该溶液中的质子守恒。

例：书写NaHCO3溶液的质子守恒表达式

拓展例题：下列说法正确与否？为什么？

结束语

余文森教授认为：“唯有用学科独特的视角审视问题、分析问题和解决问题，才能形成真正意义上的学科素养。”通过对电解质溶液中的三大守恒问题的解决，不但可以解决高三复习中遇到的实际问题，也可以增进学生对微粒观、平衡观和守恒观的理解，并从理论上实现对“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”的认知，师生通过对“电解质溶液中的三大守恒”的学习，会形成真正意义上的化学学科核心素养。

参考文献

[1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017：60.

[2]张昊.守恒思想在高中化学教学中的应用：探讨守恒法解题技巧[J].理科考试研究，2015，22（3）：45-46.

[3]吴凯.试论三大守恒思想在电解质溶液中的应用[J].考试与评价，2021（2）：87-88.