破解溶液中电荷守恒的应用密码

1破解溶液中电荷守恒的应用密码刘连亮安阳市第一中学河南安阳455000摘要：本文提出了溶液中电荷守恒的选取及使用时的注意事项，并对溶液中电荷守恒的各种具体应用进行了分类解析，总结出其使用规律，为广大学生突破此部分知识的学习找到了一条简捷的途径。关键词：应用电荷守恒判断离子电荷守恒，思路简单、关系明确、计算快捷，成为高中化学中最常用的守恒法之一，是高中化学学习中重点、难点，也是高考命题专家追逐的热点，在近些年的高考中，试题中多次出现有关电荷守恒的题目尤其是关于溶液中电荷守恒的题目。在电中性体系中，凡涉及到溶液、尤其是混合溶液中离子的物质的量或物质的量浓度等问题时，可考虑选用电荷守恒。使用电荷守恒时应注意：必须找全溶液中存在的所有带电粒子；列出的电荷守恒式中，各离子物质的量或物质的量浓度前面的系数，必须与其所带的电荷数保持一致；还应注意与物料守恒、质子守恒的联合使用。溶液中电荷守恒的主要应用：溶液中离子浓度的大小判断；溶质的组成、确定离子类别的判断；溶液中某些离子浓度的计算等方面。1溶液中离子浓度的大小判断例1．（2009全国Ⅰ）用0.1mol·L-1的盐酸滴定0.10mol·L-1的氨水，滴定过程中不．可能．．出现的结果是()A.c(NH4+)c(Cl-)，c(OH-)c(H+)B.c(NH4+)=c(Cl-)，c(OH-)=c(H+)C.c(Cl-)c(NH4+)，c(OH-)c(H+)D.c(Cl-)c(NH4+)，c(H+)c(OH-)【解析】反应过程中，溶液中的离子为Cl－、NH4+、H+、OH－，根据电荷守恒c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)，不可能出现阴离子均大于阳离子的情况，故C项不可能。例2．已知HF的电离程度大于等浓度的CH3COOH的电离程度，则在相同条件下，同浓度等体积的NaF、CH3COONa溶液中，离子总数()A.前者多B.后者多C.一样多D.无法确定【解析】NaF溶液中离子总数：n1=n(Na+)+n(H+)1+n(F-)+n(OH-)1，CH3COONa溶液中离子总数：n2=n(Na+)+n(H+)2+n(CH3COO-)+n(OH-)2。由电荷守恒原理：n(Na+)+n(H+)1=n(F-)+n(OH-)1、n(Na+)+n(H+)2=n(CH3COO-)+n(OH-)2，推出2n1=2n(Na+)+2n(H+)1、n2=2n(Na+)+2n(H+)2；由于两溶液n(Na+)相等，且CH3COONa水解程度大，n(H+)2n(H+)1。故有：n1n2，A项正确。推论：含有弱离子的盐，水解后溶液中的离子总数减少，且弱离子水解程度越大，离子总数减少得越多。例3．常温下，将甲酸和氢氧化钠溶液混合，所得溶液pH=7，则此溶液中()A.c(HCOO-)＞c(Na+)B.c(HCOO-)＜c(Na+)C.c(HCOO-)=c(Na+)D.无法确定c(HCOO-)与c(Na+)的关系【解析】由电荷守恒可知，c(HCOO-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，因pH=7，则c(OH-)=c(H+)，故c(HCOO-)=c(Na+)，C项正确。2溶质的组成、确定离子类别的判断例4．（2007上海）今有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-，现取三份100mL溶液进行如下实验：(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生(2)第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.68g(3)第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤、干燥后，沉淀质量为2.33g。根据上述实验，以下推测正确的是()A.K+一定存在B.100mL溶液中含0.6gCO32-C.Cl－可能存在D.Ba2+一定不存在，Mg2+可能存在【解析】本题考查离子检验、推断、计算。(1)说明溶液中可能存在Cl-、SO42-、CO32-等离子。据(2)知NH4++OH-=NH3↑+H2O，则NH4+物质的量为0.04mol。据(3)知：BaSO42.33g（0.01mol），即100mL溶液中含有0.0lmolSO42-；BaCO3为6.27g-2.33g=3.94g（0.02mol），即CO32-有0.02mol；Ba2+、Mg2+不会存在，C1-可能存在。由于n（NH4+）2n（CO32-）+2n（SO42-），由电荷守恒可知，必有K+。AC项正确。点评：通过电荷守恒定量计算比较判断出K+的存在是本题的难点。3溶液中某些离子的浓度计算例5．(2010宁夏)把500mL含有BaCl2和KCl的混合溶液分成5等份，取一份加入含amol硫酸钠的溶液，恰好使钡离子完全沉淀；另取一份加入含bmol硝酸银的溶液，恰好使氯离子完全沉淀。则该混合溶液中钾离子浓度为()A.0.1（b－2a）mol/LB.10（2a－b）mol/LC.10（b－a）mol/LD.10（b－2a）mol/L【解析】依题意知，在100ml混合液中n(Ba2+)=amol，n(Cl-)=bmol；根据电荷守恒2n(Ba2+)+n(K+)+n(H+)=n(Cl-)+n(OH-)，可得n(K+)=（b-2a）mol[溶液呈中性n(H+)=n(OH-)]，3故混合液中c(K+)=（b-2a）mol/0.1L，D项正确。【变式训练】(2008四川)在aLAl2(SO4)3和(NH4)2SO4的混合物溶液中加入bmolBaCl2，恰好使溶液中的SO42-离子完全沉淀；如加入足量强碱并加热可得到cmolNH3气，则原溶液中的Al3+离子浓度(mol/L)为()A.acb22B.acb22C.acb32D.acb62【解析】依题意知，在aL混合液中n(NH4+)=cmol，n(SO42-)=bmol，根据电荷守恒3n(Al3+)+n(NH4+)+n(H+)=2n(SO42-)+n(OH-)，可得n(Al3+)=(2b-c)/3mol[虽然Al3+、NH4+水解使溶液呈酸性，但由于水解程度较小，仍然可以认为溶液中n(H+)=n(OH-)]，故混合液中c(Al3+)=(2b-c)mol/3aL，C项正确。此外，本题还可以分别设出Al2(SO4)3、(NH4)2SO4的物质的量，根据化学反应方程式列方程组求解。例6．（2006全国I）由硫酸钾、硫酸铝和硫酸组成的混合溶液，其pH=1，c(Al3+)=0.4mol·L-1，c(SO42-)=0.8mol·L-1，则c(K+)为()A.0.15mol·L-1B.0.2mol·L-1C.0.3mol·L-1D.0.4mol·L-1【解析】由电荷守恒c(H+)+3c(Al3+)+c(K+)=2c(SO42-)+c(OH-)，得：c(K+)=0.3mol·L-1[由于溶液呈酸性，溶液中n(OH-)很小，计算过程中可忽略]，C项正确。例7．常温下，将等物质的量浓度的一元酸HA的溶液，和一元碱BOH的溶液等体积混合(忽略混合后溶液的体积变化)，测得混合溶液pH=8，则所得混合溶液中c(HA)=(精确计算)。【解析】由物料守恒得：c(B+)=c(A-)+c(HA)，则c(HA)=c(B+)-c(A-)；由电荷守恒得：c(B+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-)，则c(B+)-c(A-)=c(OH-)-c(H+)；故c(HA)=c(OH-)-c(H+)=1×10-6mol·L-1-1×10-8mol·L-1=9.9×10-7mol·L-1。4热点试题跟踪训练1.1L混合溶液中含SO42-0.25mol、Cl-0.5mol、NO3-0.25mol、Na+0.25mol，其余为H+，则H+物质的量浓度为()A.2.5mol·L-1B.0.1mol·L-1C.1mol·L-1D.5mol·L-12．（2005江苏）常温下将稀NaOH溶液与稀CH3COOH溶液混合，不可能出现的结果是（）A.pH7，且c(OH-)c(Na+)c(H+)c(CH3COO-)B.pH7，且c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)C.pH7，且c(CH3COO-)c(H+)c(Na+)c(OH-)D.pH=7，且c(CH3COO-)c(Na+)c(H+)=c(OH-)3．已知某H2SO4、FeSO4、Fe2SO43混合溶液100mL，其中阳离子浓度相等，SO42-4浓度为6mol/L，此溶液中可溶解铁粉的质量为()A.112gB.168gC.336gD.56g4．在硫酸铝、硫酸钾、明矾三种物质组成的混合溶液中，当SO42-的浓度为0.40mol/L时，加入等体积0.40mol/L的KOH溶液，使生成的白色沉淀恰好完全溶解，那么原溶液中K+浓度是()A.0.40mol/LB.0.5mol/LC.0.225mol/LD.0.45mol/L5．(2007海南)有BaCl2和NaCl的混合溶液aL，将它均分成两份。一份滴加稀硫酸，使Ba2+离子完全沉淀；另一份滴加AgNO3溶液，使Cl-离子完全沉淀。反应中消耗xmolH2SO4、ymolAgNO3。据此得知原混合溶液中的c(Na+)（mol·L-1）为()A.(y－2x)/aB.(y－x)/aC.(2y－2x)/aD.(2y－4x)/a6．(2008宁波)有氧化铁和氧化铜的混合物ag，加入2mol/L的硫酸溶液50mL时，恰好完全溶解。若将这种混合物bg在氢气流中加热并充分反应，冷却后剩余固体的质量为()A.gaba)6.1(B.gab6.1C.gaba)2.3(D.gab8.07.已知HF的酸性比HCN的酸性强。现有物质的量浓度和体积均相同的NaF和NaCN两种溶液，已知前者溶液中离子数目为n1，后者溶液中离子数目为n2。下列关系正确的是()A.n1=n2B.n1n2C.n1n2D.c(F-)c(CN-)8.（2003新课程卷）将0.2mol/LHCN溶液和0.1mol/LNaOH溶液等体积混合后，溶液显碱性，下列关系式中正确的是()A.c(HCN)＜c(CN-)B.c(Na+)＞c(CN-)C.c(HCN)-c(CN-)=c(OH-)D.c(HCN)+c(CN-)=0.1mol/L跟踪训练答案与提示：1.C提示：由电荷守恒n(Na+)+n(H+)=2n(SO42-)+n(Cl-)+n(NO3-)，代入数据得：n(H+)=1mol，故c(H+)=1mol/1L=1mol·L-1，C项正确。2.AD提示：根据电荷守恒可知B正确、D错；在CH3COOH和NaOH反应过程中，永远是c(CH3COO-)＞c(H+)，A错；而在pH7时，c(H+)与c(Na+)的大小关系存在三种情况，故C有可能出现。3.A提示：根据电中性原理可得：cH++2cFe2++3cFe3+=2cSO42-。又由于cH+=cFe2+=cFe3+，则6cH+=2×6，cH+=2mol/L。能溶解铁粉的质量为：56g/mol×2mol/L×01L×05+2mol/L×01L×05×56g/mol=112g，A项正确。4.B提示：由于Al3++4OH=AlO2-+2H2O，故反应后混合溶液中的主要离子为K+、AlO2-、SO42-。假设原混合溶液与加入的KOH溶液体积均为1L，则n(AlO2-)=0.1mol，依据电荷守恒n(K+)原+n(K+)加+n(H+)=n(AlO2-)+2n(SO42-)+n(OH-)，代入数据[n(H+)、n(OH-)5较小，可忽略]得：n(K+)原=0.5mol，c(K+)原=0.5mol/L，B选项正确。5.D提示：依题意知，在a/2L溶液，n(Ba2+)=xmol，n(Cl-)=ymol，根据电荷守恒n(Na+)+2n(Ba2+)+n(H+)=n(Cl-)+n(OH-)，代入数据[n(H+)、n(OH-)较小，可忽略]得：n(Na+)=(y-2x)mol，c(Na+)=(2y-4x)/a，D选项正确。6.