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一、三大守恒

水溶液中的离子平衡 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 在化学反应中,原子种类、元素质量及电子总数在反应前后保持不变的规律。

从哪来 基于“三、化学平衡常数”中微粒浓度变化与反应进度的定量关系,理解守恒是平衡计算的基础约束。

为什么 化学反应的本质是原子重新组合,原子核不变,故元素种类与总质量守恒;氧化还原反应中电子转移总数相等,故电子守恒。这是质量守恒定律和电荷守恒定律在化学体系中的具体体现。

原子守恒法(物料守恒)
强调“元素不灭”。适合逻辑直观型学生。 讲解时画出反应前后各元素的原子个数表,指出无论反应进行到何种程度(包括平衡态),某元素的总原子数(或总物质的量)不变。例如 $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$,氮原子总数始终等于初始 $N_2$ 的2倍。
电子守恒法(得失电子守恒)
强调“电子转移”。适合擅长代数运算的学生。 讲解氧化还原反应时,不写半反应,直接列“失电子总数 = 得电子总数”。例如 $Fe + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu$,1mol Fe 失2mol e⁻,1mol Cu²⁺ 得2mol e⁻,系数比自然为1:1。此法可快速解决复杂氧化还原配比。
电荷守恒法
强调“电中性”。适合注重微观机理的学生。 讲解电解质溶液或离子反应时,强调溶液整体呈电中性,即阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数。例如 $Na_2CO_3$ 溶液中,$c(Na^+) + c(H^+) = c(OH^-) + c(HCO_3^-) + 2c(CO_3^{2-})$。注意系数是电荷数而非化学计量数。
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练一道
基础题
已知反应 $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$,若初始加入 2mol A 和 3mol B,反应达到平衡时测得 C 为 1mol,D 为 2mol,且 A 剩余 1mol。求 a:b:c:d 的最简整数比。
变式
某氧化还原反应中,$MnO_4^-$ 被还原为 $Mn^{2+}$,$Fe^{2+}$ 被氧化为 $Fe^{3+}$。若消耗 0.1mol $MnO_4^-$,求被氧化的 $Fe^{2+}$ 的物质的量。
试试手自己判
检测题
在 $K_2Cr_2O_7$ 与 $FeSO_4$ 的酸性反应中,$Cr_2O_7^{2-}$ 被还原为 $Cr^{3+}$,$Fe^{2+}$ 被氧化为 $Fe^{3+}$。若反应中转移了 3mol 电子,求消耗的 $K_2Cr_2O_7$ 的物质的量。
看答案和判分标准
答案:0.1 mol
判对标准:
1. 正确判断 Cr 的化合价变化:+6 $\rightarrow$ +3,每个 Cr 原子得 3 个电子,每个 $Cr_2O_7^{2-}$ 含 2 个 Cr,共得 6 个电子。
2. 正确应用电子守恒:$n(K_2Cr_2O_7) \times 6 = 3$ mol。
3. 计算结果 $n = 3/6 = 0.5$ mol? *等等,重新计算*。
Cr: +6 to +3, gain 3e- per Cr.
$Cr_2O_7^{2-}$ has 2 Cr atoms. Total gain = 2 * 3 = 6e-.
Equation: $n(K_2Cr_2O_7) \times 6 = 3$ mol.
$n = 0.5$ mol.
*修正答案*:0.5 mol。
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