这些离子浓度问题的规律,你要掌握好什么

在高考化学的复习中，选修四的内容无疑是重难点所在，其中水溶液中的离子平衡又是同学们普遍学得不好的地方，尤其是离子浓度的关系。因为这部分内容既涉及电离又涉及水解，属于综合运用的部分。其实，在这个专题里，我们如果深入研究，会发现许多规律，再利用这些规律处理此类问题，就会事半功倍。那接下来，我们就一起分析一下，在离子浓度关系的问题中都有哪些规律吧。

一、水溶液中的守恒关系

（一）、物料守恒

物料平衡方程，简称物料守恒，它是指在一个化学平衡体系中，某一给定物质的总浓度，等于各有关组分平衡浓度之和。例如浓度为c mol/L CH3COOH溶液的物料守恒式为：

c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=c

浓度为c mol/L的Na2CO3溶液的物料守恒，根据需要，也可以列出与Na+和CO32-有关的两个方程：

c(Na+)=2c

c(CO3 2-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)=c

【例1】写出0.2mol/L氨水与0.1 mol/L氯化铵溶液等体积混合后溶液的物料守恒式

解：根据溶液中物质的组成，可以写出两个物料守恒式：

c(Cl-)=0.05 mol/L

c(NH4+)+c(NH3•H2O)= 0.15 mol/L

即：c(NH4+)+c(NH3•H2O)= 3c(Cl-)

【规律】我们发现，在书写混合溶液的物料守恒式时，不须考虑电离和水解，只关注原子组成就行了。比如例题中，两份氨水一份氯化铵混合，氮原子就是氯原子的三倍，而所有氮原子都在氨水和铵根离子中，因此，氨水与铵根浓度之和就是氯离子的三倍。

（二）、电荷守恒

电荷平衡方程，简称电荷守恒，根据电中性原则，单位体积溶液中阳离子所带正电荷的量应等于阴离子所带负电荷的量。根据这一原则，考虑各离子的电荷和浓度，很容易列出电荷平衡方程。

例如：浓度为c (mol/L) 的NaCN溶液，有下列反应：

NaCN=Na++CN-

CN-+H2O⇌HCN+OH-

H2O⇌H++OH-

为了保持溶液的电中性，正电荷的量应等于负电荷的量，故得到：

c(CN-)+c(OH-)=c(H+) + c(Na+)

或：c(CN-)+c(OH-)=c(H+) + c

【例2】写出0.1 mol/L碳酸钠与等浓度碳酸氢钠溶液等体积混合后溶液的电荷守恒式

解：为了保持溶液的电中性，正电荷的量应等于负电荷的量，故得到：

2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)=c(H+) + c(Na+)

【规律】在书写电荷守恒式时要注意，离子浓度前要乘以电荷量。特殊地，如果溶液呈中性，还可以省略氢离子和氢氧根离子。

（三）、质子守恒

按照酸碱质子理论，酸碱反应的实质是质子的转移。溶液中酸碱反应的结果，有些物质失去质子，有些物质得到质子。显然，得质子产物得到质子的量与失质子产物失去质子的量应该相等。

例如：在碳酸钠溶液中，碳酸根只得质子，水分子既可以得质子，又可以失质子，在这个过程中质子要守恒。即：

2c(H2CO3)+c(HCO3-)+ c(H+) = c(OH-)

【例3】写出0.1 mol/L碳酸氢钠溶液的质子守恒式

解：在碳酸氢钠溶液中，碳酸氢根和水分子都是既可以得一个质子，也可以失一个质子，所以写出质子守恒式为：c(CO32-)+c(OH-)=c(H+) + c(H2CO3)

【规律】通过观察上述两个式子，我们不难发现，它们的结构具有一致性，都是等号一边是氢离子，另一边是氢氧根。而所有得质子的，或者说是与氢离子反应的，都把产物写在氢离子一侧；相反的，所有失质子的，或者说是与氢氧根反应的，都把产物写在氢氧根一侧。并且，反应了几个，浓度前要乘以相应的系数。

例如：现在我们用这个方法写NaH2PO4溶液：很容易得到质子守恒式为：

c(H3PO4) + c(H+) = c(OH-)+c(HPO42-)+2 c(PO43-)

那么，混合溶液可以写么？我们来推导一下：

【例4】写出醋酸钠与氟化钠等浓度等体积混合溶液的质子守恒式。

首先，写出物料守恒式为：c(CH3COO -)+c(CH3COOH)+ c(F -)+c(HF)= c(Na+)；再写出电荷守恒式为：c(CH3COO -)+c(F-)+c(OH-)=c(H+) + c(Na+)，将两式约去钠离子，即可得到该混合溶液的质子守恒式为：c(OH-)=c(H+) + c(CH3COOH)+c(HF)。

【例5】写出0.1mol/L醋酸与0.1 mol/L醋酸钠溶液等体积混合后溶液的质子守恒式。

首先，写出物料守恒式为：c(CH3COO-)+c(CH3COOH)= 2c(Na+)；再写出电荷守恒式为：c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+) + c(Na+)，将两式约去钠离子，即可得到该混合溶液的质子守恒式为： c(CH3COO-)+2c(OH-)=2c(H+) + c(CH3COOH)。

【例6】写出0.2mol/L氨水与0.1 mol/L氯化铵溶液等体积混合后溶液的质子守恒式。

首先，写出物料守恒式为：c(NH4+)+c(NH3•H2O)= 3c(Cl-)；再写出电荷守恒式为：c(Cl-)+c(OH-)=c(H+) + c(NH4+)，将两式约去氯离子，即可得到该混合溶液的质子守恒式为： c(NH3•H2O)+3c(OH-)=3c(H+) + 2c(NH4+)。

【规律】我们发现，普通混合溶液与单一溶液相比，只是物质种类变多，写法与单一溶液并没有区别，但是如果是缓冲溶液，也只是氢离子和氢氧根前面多了系数，而这系数就是两成分物质的量最简比之和。于是，我们就可以得到混合溶液质子守恒式的书写方法。

二、水溶液中的大小关系

（一）、不同溶液中，同一离子浓度大小比较

1、固定浓度比离子

【例7】在浓度均为c mol/L的下列溶液中：① NH4HCO3② NH4HSO3③ NH3•H2O④(NH4)2CO3⑤ NH4Cl⑥ (NH4)2Fe(SO4)2⑦ NH4HSO4⑧ CH3COONH4，c(NH4+)从大到小排列顺序。

【解析】此类问题要先分类，③是弱电解质，电离铵根最少，一定最小，而④和⑥每摩有2个铵根，所以肯定最大，又因为④中碳酸根促进铵根水解，⑥中二价铁抑制铵根水解，所以⑥又大于④，最后比剩下的五个，用同样的方法可知②⑦抑制水解，铵根多，①⑧促进水解，铵根少。因此最终的顺序为：⑥④⑦②⑤⑧①③。

2、固定离子比浓度

【例8】在c(NH4+)均为c mol/L的下列溶液中：① NH4HCO3② NH4HSO3③ NH3•H2O④(NH4)2CO3⑤ NH4Cl⑥ (NH4)2Fe(SO4)2⑦ NH4HSO4⑧ CH3COONH4，溶液浓度从大到小排列顺序。

【解析】这种考法是上题的变形，解题过程完全一样，只是答案相反，就不做解析了。

（二）、同一溶液中，不同离子浓度大小比较

1、正盐溶液：基本遵循c(不水解离子)>c(水解离子)>c(显性离子)，当有角标时，顺序提前。例如：在浓度为c mol/L的醋酸钠溶液中，有：

c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)

在浓度为c mol/L的硫酸铵溶液中，有：

c(NH4+)>c(SO42-)>c(H+)>c(OH-)

【规律】在排列式中：首尾离子，电荷一致；有角标时，顺序提前。

2、酸式盐溶液：

对于电离为主的，如NaHSO3，遵循c(自身)>c(电解产物)>c(水解产物)

即：c(Na+)> c(HSO3-)>c(H+)> c(SO32-)>c(OH-)> c(H2SO3)

对于水解为主的，如NaHCO3，遵循c(自身)>c(水解产物)>c(电离产物)

即：c(Na+)> c(HCO3-)>c(OH-)> c(H2CO3)>c(H+)> c(CO32-)

【规律】常见的酸式盐，有NaHSO3和NaHC2O4溶液是以电离为主显酸性的。

3、缓冲溶液：（注：在组成上相差一个氢的一对酸碱混合溶液）

例如：0.2mol/L氨水与0.2 mol/L氯化铵溶液等体积混合后溶液

首先，以电离为主显碱性（常见物质中除了氢氰酸和氰化物，都以电离为主），所以氢氧根大于氢离子，再根据首尾一致，铵根大于氯离子，即：c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)> c(H+)

再如：0.2mol/L醋酸与0.2 mol/L醋酸钠溶液等体积混合后溶液

首先，以电离为主显酸性，所以：c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。

【规律】首先当成只电离，然后以100个分子电离一个为准计数，再比大小。例如：醋酸和醋酸钠二比一混合，那么就有200个醋酸，100个醋酸根，100个钠离子，再电离1%，最后有醋酸198，醋酸根102，钠离子100，氢离子2，因此，可以写出离子大小比较顺序为：

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

类似的可以写出相近的混合溶液。

以上只是对该专题常见的题目进行了剖析，其它一些更为复杂的问题我们会在后续的文章中再行讲解，欢迎大家持续关注。