关于“电荷守恒”的析疑

关于“电荷守恒”的析疑 关于“电荷守恒”的析疑 关于“电荷守恒”，初学的同学经常会有一些疑问，有的人甚至百思不得其解。这里试着解释一下，也许对有的同学会有所帮助。 疑问一:“电荷守恒”究竟是什么意思, 因为习惯上把“不发生改变”叫做“守恒”，所以，初学的同学经常会把“电荷守恒”理解为:在一电解质溶液中，电荷总数是不变的。而实际上，它所表达的意思是:“在一电解质溶液中，正电荷总数与负电荷总数是相等的。”也就是说，准确的说法应该是“电中性原理”，而不是“电荷守恒原理”。但是由于中学化学教学中，普遍地认同了这种叫法，同学们也只能是“屈从”。 进一步探讨:“在一电解质溶液中，正电荷总数与负电荷总数是相等的”可以变为“在一电解质溶液中，正电荷的总物质的量与负电荷总物质的量是相等的”。由于是同一溶液，溶液体积是同一数值，所以还可以变为“在一电解质溶液中，正电荷的总物质的量浓度与负电荷的总物质的量浓度是相等的”。而考题中的形式正是表达最后这种表述的。所以我们认为:所谓“电荷守恒”是指“在一电解质溶液中，阳离子所带的正电荷的总物质的量浓度与阴离子所带的负电荷的总物质的量浓度是相等的”。 疑问二:“电荷的物质的量浓度”是什么意思, 根据物质的量浓度的定义，我们知道，一种微粒的物质的量与该微粒所处体系体积的比值，叫做该微粒的物质的量浓度。所以，“电荷的物质的量浓度”就是:溶液中离子所带的电荷的物质的量与该溶 1 液体积的比值。接下来的问题是:离子所带的电荷的物质的量浓度与该离子的物质的量浓度是怎样的关系,因为求离子所带的电荷的物质的量浓度与该离子的物质的量浓度时，所用的溶液体积是同一数值，所以需要确定的是:离子所带的电荷的物质的量与该离子的物质 +-+的量是怎样的关系,这个问题需要具体讨论:1、像Na、NH、OH、4 --NO、HCO离子所带的电荷的物质的量等于该离子的物质的量;2、33 2+2+22--像Ba、Cu、SO、CO离子所带的电荷的物质的量等于该离子43 3+3+3-的物质的量的2倍;3、像Al、Fe、PO离子所带的电荷的物质4 ++的量等于该离子的物质的量的3倍。也就是说: c(Na)、c(NH)、4 ---c(OH)、c(NO)、c(HCO) 表示这些离子的物质的量浓度，同时也可33 2+以认为是表示这些离子所带的电荷的物质的量浓度;而c(Ba)、 2+2-2-c(Cu)、c(SO)、c(CO) 却只能是表示这些离子的物质的量浓度，43 2+2+这些离子所带的电荷的物质的量浓度应该是2c(Ba)、2c(Cu)、 2-2-3+3+3-2c(SO)、2c(CO);同理，c(Al)、c(Fe)、c(PO) 也只能是表示434 这些离子的物质的量浓度，这些离子所带的电荷的物质的量浓度应该 3+3+3-是3c(Al)、3c(Fe)、3c(PO)。所以，一种离子的物质的量浓度，4 当用其所带的电荷数作为系数的话，所表示的就变为该离子所带的电荷的物质的量浓度。 疑问三:怎样表示“阳离子所带的正电荷的总物质的量浓度与阴离子所带的负电荷的总物质的量浓度是相等的”, 首先，应该知道，所谓“总”是指:当溶液中存在不止一种阳离子或者不止一种阴离子时，需要表示出各种阳离子所带的正电荷的物 2 质的量浓度的加和，或者各种阴离子所带的负电荷的物质的量浓度的加和。然后，表示出这两个加和是相等的。 ++-2- 如:在NaSO溶液中，阳离子有H、Na;阴离子有OH、SO。244++++H离子的物质的量浓度是c(H)，Na离子的物质的量浓度是c(Na)，+++H离子所带的正电荷的物质的量浓度也是c(H)，Na离子所带的正电 +--荷的物质的量浓度也是c(Na); OH离子的物质的量浓度是c(OH)， 2-2--SO的物质的量浓度是c(SO)，OH离子所带的负电荷的物质的量44 -2-浓度也是c(OH)， SO离子所带的负电荷的物质的量浓度却是4 2-2c(SO);这样一来，在NaSO溶液中，阳离子所带的正电荷的总424 ++物质的量浓度是 c(H) + c(Na);阴离子所带的负电荷的总物质的量 -2++-2--浓度是 c(OH) + 2c(SO);所以，c(H) + c(Na) = c(OH) + 2c(SO)44就是NaSO溶液中，表示“电荷守恒”的式子。 24 总之，一个正确的“电荷守恒”等式的形式是:1、一侧(通常是左侧)要出现全部的阳离子(全部～缺一不可～);另一侧(通常是右侧)要出现全部的阴离子(全部～缺一不可～);2、电荷数不是1的离子，浓度前面要有与所带电荷数相同的系数;3、各侧是加和的形式。 疑问四:怎样就能找全“全部的离子”, +- 关于这一点，水产生的H、OH，溶质直接电离生成的金属阳离子和酸根阴离子，通常是容易想到的。容易被忽略的是酸根阴离子发生水解(或者第二步电离)生成的另一种酸根阴离子。如NaCO溶23 - 2---2液中CO水解生成的HCO;NaHCO溶液中HCO电离生成的CO 33333 3 对于溶质离子水解(以及二级电离)生成物的考虑原则是:生成 2+2-物不是离子的不用考虑，如Cu水解生成的Cu(OH);CO水解生23 +-成的HCO等;生成的H或者OH不用重复考虑。 23 ++-2-- 如:NaCO溶液中的离子有H、Na、OH、CO、HCO; 2333 ++--2-;所以，它NaHCO溶液中的离子有H、Na、OH、HCO、CO333们的“电荷守恒”等式的形式是相同的: ++--2-c(H) + c(Na) = c(OH) + c(HCO) + 2c(CO) 33 同理，NaHSO溶液与NaSO溶液中的离子种类也是相同的，所424 以，它们的“电荷守恒”等式的形式也是相同的: ++-2-c(H) + c(Na) = c(OH) + 2c(SO) 4 这种情况好像很奇怪，实际上，它们只是形式上相同，实际上是 +-+2-不相同的:NaSO溶液中有c(H) = c(OH) ，c(Na) = 2c(SO);244 +-+2-NaHSO溶液中却是c(H) , c(OH) ，c(Na) , 2c(SO); 44 疑问四:这样判断正确与否不可以, 有的同学这样判断:如在NHCl溶液中，如果是 4 ++--c(H) + c(NH) = c(OH) + c(Cl) 因为左边是一个加一个，一共两个4 正电荷;右边是一个加一个，一共两个负电荷;两个等于两个，所以 ++--就是正确的;如果是c(H) + c(NH) = c(OH) + 2c(Cl) 因为左边是一4 个加一个，一共两个正电荷;右边是一个加两个，一共三个负电荷;两个不等于三个，所以就是错误的。以上方法，结论虽然正确，但是方法是错误的。我们知道，正确的方法必须是普遍适用(在合理范围内)的。如果用此法判断NaSO溶液中的 24 4 ++-2-c(H) + c(Na) = c(OH) + 2c(SO) 不是就认为是错误的了吗,原因4 2-其实前面已经谈到了，因为2c(SO)并不是表示4个负电荷，而是硫4 酸根所带的负电荷(的物质的量浓度)。 疑问六:以上方法也适用于混合溶液吗, 答案是肯定的。比如在NaCl与NaSO的混合溶液中有: 24 ++--2-c(H) + c(Na) = c(OH) + c(Cl) + 2c(SO) 4有的同学可能会这样考虑:在NaCl溶液中有: ++--c(H) + c(Na) = c(OH) + c(Cl) 在NaSO的溶液中有: 24 ++-2-c(H) + c(Na) = c(OH) + 2c(SO) 4 以上两式左右分别相加，得 ++--2-2c(H) + 2c(Na) = 2c(OH) + c(Cl) + 2c(SO) 为什么不正确呢, 4因为在NaCl与NaSO的混合溶液中，实际上是: 24 ++--c(H),+ c(Na),= c(OH),+ c(Cl) ++-2-c(H)〞+ c(Na)〞= c(OH)〞+ 2c(SO) 4 以上两式左右分别相加，得 ++--2-c(H) + c(Na) = c(OH) + c(Cl) + 2c(SO) 4,与 〞未必相等，它们合起来，才是混合溶液中这种离子所带电荷 的总浓度。 5 6