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探析用质子守恒法计算酸碱混合溶液pH

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 421 2020-10-20
【摘要】本文探讨了用质子守恒法计算酸碱混合溶液pH的计算方法,举例说明了在计算酸碱混合溶液PH的应用,对无机及分析化学教学具有指导意义。根据质子守恒法书写质子条件式,结合物料平衡、酸碱平衡常数等进计算出酸碱混合溶液pH,然后从相同型体的非共轭体系酸碱混合溶液和共轭酸碱溶液的pH计算来说明其应用。
  • 质子守恒同物料守恒,电荷守恒并称为溶液的三大守恒,是电解质溶液中微粒间关系的定量表示,它反映了溶液中各种离子对溶液酸碱平衡的影响。质子守恒是以布朗斯台德( Bronsted)的酸碱质子理论为基础的。按照酸碱质子理论,酸碱反应的本质是酸与碱之间的质子转移过程,如图1所按照酸碱质子理论,酸碱反应的结果,有些物质得到质子,有些物质失去质子。当酸碱反应体系达到平衡时,碱所得到的质子的量与酸失去的质子的量相等。遵循质子守恒的这一定量关系式称为质子平衡方程式或质子守恒式,又称质子条件式(PBE, Proton Balance Equation)。用质子条件式以解决酸碱溶液中有关量的方法,我们称为质子守恒法。用质子守恒法计算酸碱混合溶液的pH的文献较少,而酸碱混合溶液pH计算在无机及分析化学中具有较为重要的地位,不少教材°有所涉及要么不够详尽,要么不够简便,因此对其加以探讨是一件十分有意义的事情。

    质子条件式(PBE)的书写方法

    质子守恒是酸碱溶液遵循的普遍规律,其应用主要是质子条件式的书写。质子条件式反映了酸碱溶液中微粒之间一定的量的关系,因此如何正确而简便地书写质子条件式是一个首要的技巧。笔者查阅了不少期刊1t,书写质子条件式的方法较多,概括起来有零基准法、关系式法、图式法、合并法等方法。但不管哪种方法其实质在于得失质子的物种的前后分析,把得失质子前的物种确定为参考标准(即零基准),得失质子后物种来分析其量的关系,这个分析方法可以用图示,用关系式,也可以用电荷平衡和物料平衡的综合而来,这样逐渐就形成前面所提到的一些方法。在实际的教学中,有时也无法把这些方法孤立出来,常将这些方法综合使用。

    (一)零基准法、关系式法和图示法零基准法、关系式法和图示法这三种方法有共同的地方,这里放到一起进行比较说明。其基本步骤如下

    1.明析酸碱溶液中发生质子转移的微粒,确定零基准。零基准就是溶液中大量存在的并发生质子转移的物种,这一步是关键。如Na2CO3的水溶液中假设没有发生质子转移前的物种有H2O、CO Na‘,不能发生质子转移是Na‘。因此选择H2O CO3为零基准。

    2.找出得质子产物和失质子产物。判断零基准得失质子后的产物有哪些,如Na2CO3的水溶液中, CO32-得到1个质子的产物为HCO3,得到2个质子的产物为H2CO3:H2O得到1个质子的产物是H3O·(H);而H2O失去1个质子的产物是OH。

    3.由质子守恒,根据得失质子产物的质子数量关系,列出质子条件式。如Na2CO3的水溶液中,通过分析可以知道,得到1个质子的产物HCO3、H得到2个质子的产物为H2CO3,失去1个质子的产物是OH。因此,其关系式是DHCO3】+2【H CO3】+H·】=【OH^】。这里有一点需注意,如CO32“→H2CO3,得到的质子数应为2,列条件式时要在【H2CO3】前乘以2这就是所谓的关系式法和零基准法,只不过区别在于关系式法是分析溶液中微粒之间得失质子关系,列出质子条件式。把这些步骤用简明的图示直观地表示出来,就是图示法。如Na2CO3的水溶液的质子条件式,如图2所示。

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