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1、王荔霖 书写质子条件式的最简方法图示法 书写质子条件式的最简方法 图示法 摘要简要介绍图示法书写质子条件式的方法要点 . 着重介绍如何应用图示法直接写出各类酸碱溶液的质子 条件式 。 关键词质子条件质子条 件式 图示法酸碱平衡 书写质子条件式的方法有两种 : 其一是代数法 , 即由物料平衡式和电荷平衡式联 立求解得出 P B E , 教材 一均作了介绍 , 教材 未作介绍 ; 其二是图示法 , 即由溶液中得失质子关系列出 PB E , 该法塾 、 易为初学者掌握 , 故本文着重介绍如何应用图示法书写各类酸碱溶液的” B E 。 方法要点 图示法直接书写 P BE 的方法要点如下 : (D 选好
2、质子基准态物质 . 质子条件式表示在质子传递反应中得失质子数相等 , 显然在构成质子条件式时 。 必需选择适当 的物质作为参考物质 , 称为质子基准态物质(或称质子参考水平 、 或零水平) 。 质子基准态物质就是 溶液中大量存在的并参与质子转移的物质 。 通常是原始酸碱组分和溶剂分子 , (绘出示意图 , 将质 子基准态物质列入 图中方框内) 。 ( z)以质子基 准态物质为准 , 列出得 失质子 后的产物及 得失质子的数目 、! 与质子基准态 物质粗比 , 质子数多的就是得质子产物(标在示意图方框的左边 、 用箭头连接起 来) ; 质子数少的就是失质子产物(标在示意图方框的右边 , 用箭头连
3、接起来) . 在箭头上方体明各个 质子基准态物质转化为产物时得失质子的个数 。 ( 3)根据得 失质子等衡原理 , 写出 P BE 。 ; 所有能得质子后的产物写在左端 , 所有能失质子后的产物写在右端 再加上等号即得 P BE 。 说 明两点 : 正 确的 PB E中应不含有基准 态物质本身的有关项 ; 处理多级离解关系的物质 时 , 用得失质子的个 数作为该物质平衡浓度前的系数(见例 5等) 2 各类溶液的质子条件式 二 2 . 1 一元弱酸溶液 的质子条件 例 1 写出H A(A 一 代表 A c一 、 CN 一等 )溶液的P B E 。 解 用图示法书写P B E 。 首先 , 要了解
4、溶液中的酸碱平衡情况 , 写出有关酸碱平衡式 , 在 HA 溶 液中质子 转移情况是 收稿日期 : 19 94一1 1一12 34 DOI: 10.13974 /ki . 51 - 1645 /z.1994.04.010 199 4 第 4霸 川北教育学院学报 ( 自然科学版 ) 第 4 卷 _ (总第 15 期 ) HA 与 H ZO 间质子转移 HA + H Z O一H 3 O十 + A - H Z O分子间质子转移H Z O + H : =OH 3 O + + HO - 其 次 , 选 出H A 溶液中大量存 在并参与质子转 移的物质 H A和H ZO . H A失 质子而生成A 一;H
5、ZO 既 可以得质子而生成 H 3O+ , 也可以失去质子而生成 OH 一 , 于是质子转移情况可图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) 一 H+ 一 A 一 一A+ 一 OH 一 第三 、 根据得失质子数应相等原理 , 可按下法写出 HA溶液的P BE : 左边各项相加右边各项相 加 (得质子各项相加) (失质子各项相加) 即H 3O+ =A 一+ OH 一 或H + 一A 一+ OH 一 (H 3O+ 简化为H + ) 式 中H 3O+ 是水 得质子后的产物 的浓度 , A 一 J和OH 一 分别是 H A和H ZO 失去质子后的产物的 浓度 。 若两端乘以溶液体积 ,
6、就表示得 失质子的量(摩尔)相等 。 由上可见 , 质子条件式中不出现质子基准态物质 。 例 2 写出 N H 4C I 溶液的 PBE 。 解在 N H l C溶液中存在如下平衡 : NH ; C IN H ;+ +CI - NH + +H ZO 产N H 3+ H 3O+ H : O挤H + +OH - H ZO + H + 砂H 3O+ 选 N H广 、 H ZO 为 基准态物质 , l C 一 虽 然大量存在 , 但不参与质子传递 , 不能作 为基准 态 物质 , 故 N H不l可按一元弱酸处理 , 溶液中质子转移情况 图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) 一 一H
7、 + 、, ;* NH 毛+ NH 3 H 、 O + 一 H:口 一H+ , 一 一 一一- .一-,、J rl p BE 为H + 一N H 3 +OH 一 从上式得 知 , P BE 中各项 , 即可以是带电荷的离子的平衡浓度如H + 和O H 一 , 也可以是不带电 荷的分子 的平衡浓度如 N H 3。 这就有别于电荷平衡式(不能含有不带电荷的分子的平衡浓度项) 。 一元弱酸溶液的PBE中H + 等于两项之和 , 一项是H ZO 电离出等量的 H十和OH一(用OH一 表录) , 另一项是弱酸(H A或 NH才)电离出等量的H + 和 A 一或 N H 3 (用A 一 或N H 3表 示
8、 ) 。 2 . 2 一元弱碱溶 液的质子条件 例 3 写 出 N H : 溶 液的PB E 。 解选 NH 3、 H ZO 为基准态物质 , 溶液中质子转移情况 图示如 下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) +I一+ NH ,+ 一 厂又石丁一 + l一+ H 3O+ 川卜-一- - 一H+ O H 一 王嘉霖 书写质子条件式的最简方法图示法 P B E为 H + +NH才=OH 一 例 4 写出 N a A(A一代表A c一 、 CN 一等 )溶液的PBE 。 解选 A一 、 H 20 为基准态物质 , N a+ 虽然大量存在 , 但不参与质子传递 , 不能作为基准态物质 ,
9、 故N a A可按一元弱碱处理 , 溶液中质子转移情况 图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) + H+ 以 A 一 , ”十住 _ I 一H 十 _ 甲“ 111 、. 一八 ,一 H 30+ 一 1 - . 二理二习一U n PB E 为H + +H A=OH 一 一元弱碱溶液的P B E中 , 【 OH 一等于 两项之和 : 一项是H 20 电离出等量的 H + 和OH 一 (用 【 H + 表示) , 另一项是NH : 或 A 一 从 H 20 获得质子后产生等量的OH 一和 NH才或H A(用N H才或 HA表示) 。 2 . 3 多元弱酸溶液的质子条件 例 5 写
10、出 H s PO ; 溶液的 P B E 。 解选 H 3P O 4、 H 20 为基准态物质 , 溶液中质子转移情况图示如下 : (得质子产物)(基准态物质(失质子产物) l 一 H + H 3Po; H :p U不 l 一ZH 十 _ _ _ !一Hl产U军 一 一3H+ 卫 u十1. _ , r I t r 、十 一 l ,了、 l 113、户 e e l1户 JI l 一 I一H+ 一 OH 一 P B E 为H + =H ZP O不+2H PO二 一+ 3臼O里 一+ OH 一 在上 列失质子产物中 , HPO策 一 是 Ha PO 失去两个质子后的产物 , PO才 一 是H 3PO
11、; 失去 3个质子后 的产物 , 故在质子条件式中 , H PO至 一 和【PO孟 一 前必须分别乘以 Hs PO 失质子的个数2和3 , 才能 保持得失质子数是相等的 。 2 . 4 多元弱碱溶液的质子条件 例 6 写出 N a ZA (A卜代表52一 、 CO蒙 一 、 C ZO 二 一 )溶液的P B E 。 解选 A Z一 、 H ZO 为基准态物质 , 溶液 中质子转移情况 图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) +H+ 4 H A 一 H zA H ao+一 厂万门 一二竺与o H - .一二 二一一-匕二 ,竺 匕 习 P BE 2 . 5 H + +H A 一
12、 + 2H ZA =OH 一 2 . 5 . 1 两性物质溶液的质子条件 多元酸的酸式盐 例 7 解 36 写出N a H A(A卜代表S卜 、 C O蒙 一 、 C ZO 釜 一 )溶液的P BE 选 HA 一 、 H : O 为基准态物质 , 溶液中质子 转移情况图示如下 : 1994 第 4霸 川北教育学院学报(自然科学版) 第 4卷 _ (总第15期) (得 质子产物)(基准态物质)(失质子产物) H : A H : O+ 匕丛旦习一 一一一一一叹H - PB E 为H + +H ZA =OH 一+ A ,一 2 . 5 . 2 弱酸弱碱盐 例 8 写出N H 一A (A尸代表A C一
13、 、 CN 一 )溶液 的P B E 。 解选 NH才 、 A 一 、 H ZO 为基准态物质 , 溶液中质子转移情况图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) 厂 . 丈 几二下-门_只+ 土u+1 1 、二 1 I -一 乳Tl r ,、 二 丁二 l【 一 人 、 几3 既 一 A 一 直, J+ 11 _ I J+ , 尸 ,矛、.一. 1 IJf 、+ 一 l 州 一t Jl e s 一 - 一一一一 一.1曰 1二3、电产 .一二二 二二一. J 舀 PB E 为H + +H A=N H 3 +OH 一 或【H + = NH 3+ O H 一 一【 H A - 两性物
14、质在溶液中既起酸的作用 , 又起碱的作用 , 其处理方法实际上是弱酸和弱碱的合并 。 在 两性物质的 P B E 中 , 左端为原始酸碱组分(酸式酸根离子或 A 一 )和水得质子产物的平衡浓度之和 , 右端为原始酸碱组分(酸式酸根离子或 NH才)和水失质子 产物的平衡浓度之和 。 因此 , P BE反 映了 酸碱平衡体系中得失质子的严密的数量关系 , 它是处理酸碱平衡问题的依据 。 对 于组成较为复杂的 两性物质 , 其 P BE 也易用图示法写出 。 例 9 写出 N a N H 4H P O 4 溶液的 P BE 。、 解选 N H才 、 H PO荣 一 、 H ZO 为基准态物质 , 溶
15、液中质子转移情况图示如下 : (得质子产物)(基准态物质)(失质子产物) +r一 + H : PO不 一 十幻玄+ H 3PO “ 呀-一一一- - 一H+ 一 NH: ,H十 一 PU叉 - H so+ 一 N N NH才 才 H H HPO不2 2 2 H H H ZO O O - 二上二司H - P B E为 H + +H ZP O不+2H 3 PO =N H 3 +po又 一 +OH 一 或 H + 二NH 3 +po才 一 +OH 一 一H : po不一2H 3p O 4 2 , 6 强酸强碱溶液的质子条件 例 一 o 写 出HC I溶液的PBE 解 HC I 一 H + +C I
16、一 (H CI全部离解提供H + , C oe ,= C I 一 =H + H ZO e e H + +OH一(H ZO 电离出等量 的 H + 和O H - 选HC I 、 H:O 为基准态物质 , 质子转移情况图示 如下 : (得质子 产物)(基准态物质)(失质子产物) 肋 十 一周茸之 扭 一 一 、少 1 1 王 嘉霖书写质子条件式的最简方法图示法 p B E 为 H + C I 一+ OH 一 或 H + =C ,a + OH 一 (溶液 中总的H + 来自HCI和 H zO 的电离) 例 11 写出 N aO H 溶液的 PBE 。 解 H ZO二 = 二二 H + +OH 一 (
17、H ZO 电离出等量的 H + 和OH - N a OH e e N a + +OH 一 (N a OH全部电离 , 也提供OH 一 , C No0H一O H 一 ) 选 N a OH 、 H ZO 为 基准 态物质 , PB E 为 : H + OH 一 一C Na o。 或 OH 一 【 H + + C N.。 2 . 7 混合溶液的质子条件 下面将两弱酸 、 弱酸及其共扼碱 、 弱酸与强酸 , 弱碱与强碱等的质子条件式分列如下 : (l)两 弱酸(H A+H B)溶液的PBE 。 选 HA 、 H B 、 H ZO 为基准态 物质 , 则 P BE 为 : H + A 一 +B 一 +O
18、H 一 (2)弱酸及其共扼 碱(H A一A 一 )溶液的P B E 。 选 H A 、 H ZO 为基准态物质 : H ZA 一 H + +A 一 ( H A 电离出等量的 H + 和A 一 ) H : O 一 H + +OH 一 (H ZO 电离出等量的H + 和 OH 一 ) 溶液中A 一还有一个 来源 , 即溶液中原有的 A 一 (其值为C A 一 ) , 故必从总的A 一 中减去此 C ; 一几, 则 PB E为 : H + 一OH 一 +A 一 一C - (3)弱酸与强酸(H A+H CI)溶液的P B E 。 溶 液中存在如下关系 : 一 H ZO 一 H + 卞OH 一 (H Z
19、O 电离出等量 的 H + 和OH 一 ) H A 一 H + 十A + ( H A 电离出等量的 H+和A 一 ) C oa w t H + (HCI全部电离 , 也提供H + ) 故PBE为 H + =OH 一 + A 一 j+ C、 (4)弱碱和 强碱(B+N ao H)溶液的P B E 。 、 溶液 中存在如下关系 : H ZO 一 H + +OH 一 (H ZO 电离出等量的 H + 和OH 一 ) B+H ZO 一 B H + +OH一(B 电离出等量的 B H + 与OH 一 ) C Na o。 一 OH 一 (N aO H全部电离 , 也提供 OH 一 ) 故P B E为 O H 一 =H + +BH + j+ C N a o 。 参考文献 【 l 武汉大学主编 , 分析 化学 , 第二版 , 北京 : 高等教育出版社 , 1 9 82 【 2 华中师范大学等 , 分析化学 , 第二版 , 北京 : 高等教育出版社 , 19 8 6 【 3赵清泉 、 刘廉泉 , 分析化学 , 第二版 , 北京 : 高等教育出版社 , 199 0 4 王明德 、 江崇球 , 分析化学 , 北京 : 高等教育击版社 , 198 8 , 18525 6 3 8 .