谢谢你,质子守恒

纯个人瞎扯,不要觉得有用。

尝试给出一个严谨并且万能适用,不需要联立前俩守恒,并且能机械化的流程。

质子即 \(H^{+}\)

定义 \(X_1, X_0\) 为一对物质,其中 \(X_0\) 加上一个氢离子是 \(X_1\)

假设存在若干形如这样的反应:

  • \(A_1+B_0 \rightarrow B_1 +A_0\)\(A\) 将他的一个氢离子给了 \(B\)。 [这里要满足可逆]

特殊的,如果是 \(H^{+}\),可以理解成给了空子 [我瞎说的],或者事实上他是附着在了水上 \(H_3O^+\)

  1. \(A \rightleftharpoons B + H^+\)\(A\) 把氢离子给了空子)
  2. \(A + H^+ \rightleftharpoons B\)(空子把氢离子给了 \(B\)
  3. \(NH_3·H_2O \rightleftharpoons NH_4^++OH^-\) 乍一看,他好像称不上传递了质子。我也不太懂酸碱质子理论。从代数的角度,注意到,这些反应必须是溶液里的全部了,如果有其他的自由元,同样会影响计算,这个就影响到了。从另外一个角度,仍然可以理解为 \(H_2O\) 将一个质子给了 \(NH_3 (·H_2O)\)。这里连边就是左侧 \(NH_3·H_2O \rightarrow NH_4{+}\),右侧 \(H_2O \rightarrow OH^{-}\)

质子守恒的等式大小是 “所有反应进行的总数”。

左侧是用得到氢离子的 \(B\) 的浓度去刻画,右侧是失去的 \(A\) 去表示。

建立一个有向图,对于每个方程 \(A_1 \rightarrow A_0\),右侧 \(B_0 \rightarrow B_1\),表示每发生一份该反应,前者会少一份,右侧会多一份。

这样,凑出左边和右边等式的过程其实是对称的。其实,左部图上所有边反向就是右边。

因此,你可以把反应拆开,不用管谁给谁,认为左部是物质结合了氢离子,右部是电离除了氢离子。即变味了上面 1,2 的标准形式。

注意这样的图,每个箭头都表示“反应真正发生了若干....”,这个过程可能类似于,一张无向图,把大量存在点排出来,然后推广。

然后图上每个点有一个初始浓度 \(s(A)\) 和稳态浓度 \(c(A)\)。我们仅通过 \(s\) 的比 [不知道确切是多少],用 \(c\) 凑出表达式,总反应是多少。

这个图必须不能有环,否则让环上每个反应一遍浓度不变,就无法退回去。

因此这个图必须是 DAG。

在高中阶段的题,这样的图大小不超过 \(3\) 的链,并且其中只有一个初始存在。做的时候,如果整不清楚,很容易可以以设未知数(传递了几份反应了进行。

img

我这里把左箭头视为得到氢离子,右箭头是失去。

\(H^{+} (x) \leftarrow H_2O \stackrel{③}{\rightarrow} OH^{-} (x+y)\)

\(H_2CO_3 \leftarrow HCO3^{-} \rightarrow CO_3^{2-}\)

\(NH_4^{+}(1+y) \stackrel{①}{\leftarrow} NH_3·H_2O(3-y) \stackrel{②}{\rightarrow} OH^{-}(x+y)\)

其中第二个,直接用碳酸和碳酸根的浓度就可以体现反应进行了多少个了。

设 1, 3 反应进行的历程是 \(x, y\)

① 可以用$\frac{3c(NH_4^+)-c(NH_3·H_2O)}{4} $

②③ 的和是 \(c(OH^-)\)

整理下来就是 \(c(H^+)+c(H_2CO_3)+\frac{3c(NH_4^+)-c(NH_3·H_2O)}{4} = c(OH^{-})+c(CO_3^{2-})\)

通法还不会。

posted @ 2023-01-26 15:47  DMoRanSky  阅读(228)  评论(0编辑  收藏  举报