师：同学们好，今天我们来学习电解质溶液中粒子浓度的定量关系。今天的学习目标是：一、理解电解质溶液中粒子浓度的三大守恒关系；二、能从pH图和分布系数图中提取关键信息。上节课我们学习了微粒浓度的大小比较，请大家判断这个问题：25℃时，浓度均为0.1摩尔每升的醋酸和醋酸钠混合溶液，pH等于4.75 。根据溶液呈酸性，可以判断出氢离子浓度大于氢氧根离子浓度。由于醋酸的电离程度大于醋酸根离子的水解程度，那么醋酸根离子浓度大于醋酸分子浓度。由此，这个式子的相对大小很容易判断：氢离子的浓度加上醋酸根离子的浓度大于氢氧根离子浓度加上醋酸分子浓度。但是，这样一个不等式，醋酸分子浓度和氢离子浓度相加，大于醋酸根离子浓度加氢氧根浓度吗？今天我们就要来解决这类不等式中存在加减号的问题，从守恒的角度分析电解质溶液中各个微观粒子之间的关系。

　　任务一，明确等量关系之一——电荷守恒。在电解质溶液中，不论存在多少种离子，溶液总呈电中性，阳离子所带的电荷总数与阴离子所带的电荷总数相等，即电荷守恒。书写电荷守恒式的时候，首先要找全溶液中的阴阳离子，方法是什么呢？如何才能找全呢？其方法是写全溶液中溶质与溶剂的电离、水解方程式。例如在碳酸钠溶液中，溶质是碳酸钠，碳酸钠发生完全电离，生成碳酸根离子和钠离子，其中碳酸根离子又发生一步水解，碳酸氢根离子会继续水解平衡。此外，还涉及到溶剂水的电离，水电离出氢离子和氢氧根离子。从而我们找全了溶液中存在的阳离子，有钠离子和氢离子；存在的阴离子有氢氧根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子。

　　那么书写电荷守恒式时，大家注意在碳酸根的物质的量前面乘2，理由是什么呢？n碳酸根离子表示碳酸根离子的物质的量，而电荷守恒式描述的是正负电荷总量之间的守恒关系，乘以2才是把离子的物质的量转化为离子所带电荷的量。写到这之后，我们再来回顾一下如何找全溶液中的阴阳离子，可以写出来溶质和溶剂的电离或水解。碳酸钠溶液中的溶质就是碳酸钠，碳酸根离子会发生一步水解和二步水解，然后还有溶剂水的电离。溶液中的阴阳离子。我们的电荷守恒式是用物质的量来表示的，但是电解质溶液中通常不用物质的量，而是用浓度来表示电荷总量之间的守恒关系。上式中所有微粒都是在同一溶液中，那么上式左右两边均除以V溶液，就可以得到用离子浓度表示的电荷守恒式。

　　任务一，明确等量关系之二——元素质量守恒。在电解质溶液中，由于某些离子发生水解或电离，离子的存在形式发生了变化。就该离子所含的某种元素来说，其质量在变化前后是守恒的，即元素质量守恒。比如在0.1摩每升碳酸钠溶液中，碳酸钠固体溶于水之前，钠元素与碳元素物质的量之比，n钠 : n碳 = 2 : 1，即钠元素的物质的量是碳元素物质的量的两倍。在碳酸钠固体溶于水之后，由于碳酸根离子发生了两步水解，使得溶液中碳元素有三种存在形式，除了碳酸根离子，还有碳酸氢根离子和碳酸分子。再根据碳原子质量守恒，钠离子的物质的量是起始时碳原子物质的量的两倍，也就是说钠离子的物质的量是此时溶液中碳元素所有微粒物质的量之和。然后两式左右两端均除以V溶液，就可以得到用离子浓度表示的质量守恒式，这就是元素质量守恒式。

　　任务一，明确等量关系之三——质子守恒。这里的质子指的是氢离子，在电解质溶液中各种粒子失去的质子总量等于得到的质子总量。比如在碳酸钠溶液中存在的质子守恒式为：氢离子浓度 + 碳酸氢根离子浓度 + 2倍的碳酸分子浓度 = 氢氧根离子浓度。那么这样一个质子守恒式是如何书写得到的呢？如何快速书写质子守恒式？第一种方法称为图解法。图解法的第一步是找出电解质溶液中能发生质子得失的粒子，并称为基准态物质。那么什么是基准态物质呢？一般选择原始态物质和溶剂水作为基准态物质，比如在碳酸钠溶液中选择碳酸根离子和水分子作为基准态物质。第二步写出基准态物质得失质子后的粒子。比如水分子得质子后是水合氢离子，当然我们也可以简写为氢离子，失去质子后是氢氧根离子。碳酸根离子不能失去质子，得一个质子为碳酸氢根离子，得两个质子为碳酸。可知碳酸的浓度乘以2才是碳酸根离子转化为碳酸得到的质子的浓度。由此我们可以得到得到质子的总浓度，得到质子的总浓度就等于失去质子的总浓度，从而写出质子守恒式。

　　除了用图解法之外，还可以用加减法书写质子守恒式。在碳酸钠溶液中可以写出其电荷守恒式和元素质量守恒式，两式相减或者相加，消去钠离子项。为什么要消去钠离子这一项呢？因为阳离子、强酸根离子或强碱阳离子既不得质子，也不失质子，所以两式消去钠离子项即可以得到质子守恒式。

　　我们前面学习了三大守恒，请大家判断0.1摩尔每升碳酸钠溶液与0.1摩尔每升碳酸氢钠溶液等体积混合之后，是否存在这样一个关系，该等式是否正确呢？我们知道，若守恒式某边的微粒含有同一种特定元素，即非氢或者氧元素，比如说碳元素，那么我们就可以考虑元素质量守恒。钠元素和碳元素，因为碳酸钠和碳酸氢钠1 : 1混合，所以钠元素与碳元素的物质的量之比是3 : 2。那么碳元素所有粒子的浓度之和乘以3/2才等于钠元素的浓度，所以给出的这个判断就是错误的。

　　大家先看两个实验图像。右图是向碳酸钠、碳酸氢钠混合溶液中滴加3滴氢氧化钠溶液，该混合溶液的初始pH值大约是10。滴加了3滴氢氧化钠溶液之后，大家会发现pH的变化好像不大。那如果向pH等于10的氢氧化钠溶液中再滴加3滴氢氧化钠，我们看出来pH的变化是比较大的。其实像碳酸钠和碳酸氢钠这样的混合体系称为缓冲体系，它具有抵御外界酸碱变化的能力。也就是说，当加入少量氢氧化钠的时候，在碳酸钠、碳酸氢钠的混合溶液中，如果加入少量的氢氧化钠溶液，碳酸根离子就会消耗部分氢氧根离子，使得溶液碱性就不会那么强，pH增大得不厉害。如果加入少量的酸，碳酸根离子则会结合氢离子生成碳酸氢根离子，使得溶液酸性也不会那么强，这就是抵御外界酸碱的变化。

　　此外，人体体液也有缓冲体系，它是由碳酸和碳酸氢根组成的缓冲体系，对于摄入食物的酸碱性会起到一定的调节作用，从而使得体液的pH在安全范围内。碳酸钠和碳酸氢钠缓冲体系有较强的抵御外界酸碱变化的能力，该缓冲体系广泛应用于生物学中的细胞培养，旨在为细胞提供稳定的酸碱环境。有研究表明，碳酸钠和碳酸氢钠的混合体系中，当碳酸根离子与碳酸氢根离子浓度相等时，缓冲效果是最好的。请同学们思考如何由碳酸钠溶液制备碳酸钠与碳酸氢钠缓冲体系呢？

　　大家来看这样一个图像，这是碳酸氢根、碳酸根离子分布系数随pH变化图。什么是分布系数呢？分布系数是指平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数。比如说碳酸的分布系数 = 碳酸的浓度÷（碳酸浓度 + 碳酸氢根离子浓度 + 碳酸根离子浓度）。微粒的分布系数随pH的变化关系蕴含着很多信息，可以广泛地应用于指导我们的科研活动。比如该图是碳酸氢根、碳酸根离子的分布系数随pH的变化图，请同学们思考几个问题。