本站在允许 JavaScript 运行的环境下浏览效果更佳


【高中化学】电荷守恒辨析:为什么一个离子带多个电荷要乘上所带电荷数而不是除以所带电荷数

30

前情提要

这条描述的是 溶液是电中性的,因此阳离子带的正电荷总数 = 阴离子带的负电荷总数
在实际教学中,发现很多同学对这个电荷守恒表示困惑。

比如我们说 NaHCO3 溶液的电荷守恒是这样写:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
(其中字母 c 是 concentration 取首字母所得,为浓度的意思。)

问题

有同学问:每 1mol CO32- 都带 2mol 电荷,那不应该除以二而不是乘以二来平衡吗?

有如此的思考是好的。出现这个问题很大程度上来源于教授这条知识时,老师没有拿出中间的式子,而是直接取了写好之后的表达式。

解释

我们回到定义,发现阳离子带的正电荷总数 = 阴离子带的负电荷总数,所以说我们其实要做的事情是用离子浓度来表示电荷浓度

回到上面的例子,NaHCO3 溶液中有以下阳离子:Na+、H+,有以下阴离子:OH-,HCO3-,CO32-

根据阳离子带的正电荷总数 = 阴离子带的负电荷总数,我们可以得出 ce+=ce-
(其中字母 e 取自 electric charge,合起来 ce+ 表示各离子所带正电荷电荷浓度和,ce- 表示各离子所带负电荷电荷浓度和。)

现在我们用离子浓度来表示对应的电荷浓度:

ce(Na+)=c(Na+)
ce(H+)=c(H+)
ce(OH-)=c(OH-)
ce(HCO3-)=c(HCO3-)
ce(CO32-)=2c(CO32-)
(这里可以看到,乘上 2 代表的是每 1mol CO32- 都带 2mol 电荷)

随后将 ce+ = ce- 展开,可得:

ce(Na+)+ce(H+)=ce(OH-)+ce(HCO3-)+ce(CO32-)

最后将电荷浓度替换为对应的离子浓度,便得到了最终的式子。

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

结语

如有问题欢迎留言讨论。您的留言将指引我继续砥砺前行🚀️