高中化学中酸碱缓冲对混合溶液中各微粒浓度关系的探讨

摘要：通过探讨平时教学实践，引导学生循序渐进认识和理解缓冲溶液中的守恒关系，尤其是酸碱缓冲对中的质子守恒关系的逐层认识和理解，学生探索事物变化规律的能力得到了培养。

关键词：电荷守恒、物料守恒、质子守恒

电解质溶液中电荷守恒、物料守恒、质子守恒一直是高考的难点，尤其是酸碱缓冲对中的守恒关系让许多学生望而却步，笔者就此类问题结合平时的实践教学感悟如下。

一、理解缓冲溶液的概念，作用及中学常见的缓冲溶液。

1. 概念：能抵抗外来少量酸、碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液称缓冲溶液。

2.根据缓冲对组成的不同，可把缓冲对分为两种类型：

（1）弱酸及其共轭碱，例如：

①CH3COOH 和 CH3COONa ③NaClO 和HClO ④ NaCN 和 HCN

（2）弱碱及其共轭酸例如： ② NH3·H2O和 NH4Cl

3.缓冲作用：缓冲溶液对外加酸、碱或稀释有一定的抵抗作用。

二、酸碱缓冲对混合溶液中各微粒浓度关系的探讨。

关于酸碱缓冲对等物质的量混合溶液到底显酸性还是碱性？以CH3COOH-CH3COONa 等物质的量混合缓冲体系为例：

CH3COOH H+ + CH3COO- CH3COOH的电离方程式

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- CH3COONa中CH3COO- 水解方程式

（1）常温下，CH3COOH 的电离平衡常数为Ka=1.76×10-5，根据CH3COO- 的水解平衡常数Kh=Kw/ Ka=5.6×10-10 ，可知CH3COOH-CH3COONa 等物质的量混合缓冲体系，CH3COOH 的电离程度大于CH3COO- 的水解程度，故溶液显酸性。

（2）当外加少量酸碱时，由于水解平衡与电离平衡的存在，溶液的pH变化很小，有一定的缓冲作用，但这种缓冲作用不是无限制的。

（3）电荷守恒：c（CH3COO―）+ c（OH―）= c（Na＋）+ c（H＋）……①

物料守恒： c（CH3COO―）+ c （CH3COOH ）=2 c（Na＋） ……②

①×2-②得质子守恒：c（CH3COO―）+ 2c（OH―）=2 c（H＋）+ c （CH3COOH ）

（4）CH3COOH分子对CH3COONa电离出的CH3COO-与水解产生了抑制作用，同时， CH3COONa电离出的CH3COO- 对CH3COOH分子的电离也起到了抑制作用，这种相互抑制使得电离和水解的程度都很小。可知CH3COOH分子浓度和CH3COO- 都很多，由于CH3COOH 的电离程度大于CH3COO- 的水解程度，故CH3COO- 浓度多于CH3COOH分子的浓度，结合物料守恒知Na+浓度比CH3COO-浓度小，但比CH3COOH分子浓度大，由于溶液显酸性，所以H＋浓度比OH―浓度大。可比较粒子浓度的大小关系：

c（CH3COO―）>c（Na＋） >c （CH3COOH ）>c（H＋） >c（OH―）

同理可得出，常温下等物质的量混合的下列溶液（一元弱酸或一元弱碱及对应的盐）：只要酸或碱的电离平衡常数常温下大于10-7 就可以说明电离大于水解，相反小于10-7 就可以说明电离小于水解，经查阅常温下NH3·H2O Kb=1.774×10-5 说明电离大于水解，可知下列等量式缓冲溶液②显碱性；HClO Ka=2.95×10-8，说明电离小于水解，可知下列等量式缓冲溶液 ③显碱性；HCN Ka=4.93×10-10，说明电离小于水解，可知下列等量式缓冲溶液 ④显碱性。

①CH3COOH 和 CH3COONa ② NH3·H2O和 NH4Cl 电离＞水解

③NaClO 和HClO ④ NaCN 和 HCN 水解＞电离

我们再来分析同浓度同体积的NaClO 和HClO 混合液各微粒间的关系：

物料守恒：c（ClO-）+ c （HClO ）=2 c（Na＋）

电荷守恒： c（ClO-）+c（OH-）= c（H+） +c（Na＋）

等量式缓冲溶液运用物料守恒和电荷守恒联立消去不水解的离子后得到质子守恒关系式为：c（ClO-）+ 2c（OH―）=2 c（H＋）+ c （HClO ）

质子守恒关系式写起来比较麻烦，而且必须写出料守恒和电荷守恒，联立消去不水解的离子后才能得到，有没有更简便的方法呢？这需要我们正确理解质子守恒的概念。无论溶液中结合氢离子还是失去氢离子，但氢原子总数始终为定值，也就是说结合的氢离子的量和失去氢离子的量相等。

根据平时的教学实践运用框图法快速的写出CH3COOH-CH3COONa 等物质的量混合缓冲体系的质子守恒。框图中水的系数为CH3COOH

和CH3COONa物质的量的最简比之和。

c（CH3COO―）+ 2c（OH―）=2 c（H＋）+ c（CH3COOH ）

运用同样的方法我们写出NaClO 和HClO 等物质的量混合缓冲体系的质子守恒。

c（ClO-）+ 2c（OH―）=2 c（H＋）+ c （HClO ）

运用同样的方法我们写出 NH4Cl和NH3·H2O 等物质的量混合缓冲体系的质子守恒。c（NH4+）+2c（H+）=c（NH3·H2O）+2c（OH-）

运用同样的方法我们写出等物质的量 NaCN 和 HCN 混合缓冲体系的质子守恒。c（CN-）+ 2c（OH―）=2 c（H＋）+ c （HCN ）

非等量式的混合缓冲体系的质子守恒又怎么写呢？有没有相似的规律呢？

如：0.1mol·L-1CH3COOH 与0.2mol·L-1 CH3COONa溶液等体积混合的质子守恒关系，据下图可以快速写出：

c（CH3COO-） +3c（OH-） == 3c（H+） + 2c（CH3COOH）

混合缓冲体系的质子守恒还有别的更简便，更快捷的方式吗？能否在不画框图的情况下快速的写出其质子守恒的关系式呢？于是我引领学生一起探索，观察质子守恒的关系式中的系数并与两种溶质的物质的量进行对比，最终发现：首先将带同种电荷的微粒相加并放置于等式的一端，再将其余的微粒放置于等式的另一端相加；然后求出两种物质的物质的量的最简比，最简比之和就是质子守恒的关系式中

按比例法可快速写出质子守恒关系：

例．（2010江苏卷）常温下，用 0.1000 mol·LNaOH溶液滴定 20.00mL0.1000 mol·L溶液所得滴定曲线如右图。下列说法正确的是（）

A．点①所示溶液中：

B．点②所示溶液中：

C．点③所示溶液中：

D．滴定过程中可能出现：

试题分析：A、点①所示溶液为醋酸和醋酸钠等浓度的混合液，即等量式缓冲溶液，故质子守恒应为

以下练习供同学们巩固提高。

总之，中学化学中常见的缓冲对溶液，常考查物料守恒，电荷守恒，质子守恒及各微粒间的浓度大小关系，溶液的酸碱性，等量式缓冲溶液考查频率较高，质子守恒和各微粒间的浓度大小关系是难点，但只要我们善于探索事物变化的规律，一切都会迎刃而解。