化学中三大守恒,能详细点和举例说明么

化学中的三大守恒包括电荷守恒、物料守恒和质子守恒。以下为你详细介绍并举例说明：

电荷守恒

定义：溶液呈电中性，即溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数。在书写电荷守恒式时，需要找出溶液中所有的阳离子和阴离子，再根据离子所带电荷数来确定其系数。

示例：在$Na_2CO_3$溶液中，存在的阳离子有$Na^+$、$H^+$，阴离子有$CO_3^{2 - }$、$HCO_3^ -$、$OH^ -$ 。$Na^+$带一个单位正电荷，$H^+$带一个单位正电荷，$CO_3^{2 - }$带两个单位负电荷，$HCO_3^ -$带一个单位负电荷，$OH^ -$带一个单位负电荷。

根据电荷守恒原理，其电荷守恒式为：$c(Na^ + ) + c(H^ + ) = 2c(CO_3^{2 - }) + c(HCO_3^ - ) + c(OH^ - )$。这里$c$表示离子的物质的量浓度，$2c(CO_3^{2 - })$前面的系数$2$是因为$CO_3^{2 - }$带两个单位负电荷。

物料守恒

定义：也叫元素守恒，指的是在化学反应前后，各元素的原子个数和物质的量保持不变。在电解质溶液中，由于某些离子会发生水解或电离，但组成该电解质的各元素原子的总数始终是不变的。

示例：对于$Na_2CO_3$溶液，$Na_2CO_3$在水中完全电离：$Na_2CO_3 = 2Na^ + + CO_3^{2 - }$ 。

假设$Na_2CO_3$的初始浓度为$c$，那么$c(Na^ + ) = 2c$，$c(CO_3^{2 - })$初始也为$c$。但$CO_3^{2 - }$会发生水解：$CO_3^{2 - } + H_2O\rightleftharpoons HCO_3^ - + OH^ -$，$HCO_3^ - + H_2O\rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^ -$ 。

碳元素以$CO_3^{2 - }$、$HCO_3^ -$、$H_2CO_3$三种形式存在，根据物料守恒，钠元素的物质的量是碳元素物质的量的$2$倍，则物料守恒式为：$c(Na^ + ) = 2[c(CO_3^{2 - }) + c(HCO_3^ - ) + c(H_2CO_3)]$ 。

质子守恒

定义：是指酸失去的质子（$H^+$）总数等于碱得到的质子总数。也就是在电解质溶液中，水电离出的$H^+$和$OH^ -$的物质的量始终相等，只不过一部分$H^+$或$OH^ -$可能会与其他离子结合，但总量关系不变。

示例：在$Na_2CO_3$溶液中，$H_2O$电离出的$H^+$一部分被$CO_3^{2 - }$结合：$CO_3^{2 - } + H^+\rightleftharpoons HCO_3^ -$，$CO_3^{2 - } + 2H^+\rightleftharpoons H_2CO_3$；另一部分以$H^+$形式存在于溶液中。而$H_2O$电离出的$OH^ -$则单独存在于溶液中。

所以质子守恒式为：$c(OH^ - ) = c(H^ + ) + c(HCO_3^ - ) + 2c(H_2CO_3)$ 。

质子守恒式也可以由电荷守恒式和物料守恒式推导得出。将前面$Na_2CO_3$溶液的电荷守恒式$c(Na^ + ) + c(H^ + ) = 2c(CO_3^{2 - }) + c(HCO_3^ - ) + c(OH^ - )$和物料守恒式$c(Na^ + ) = 2[c(CO_3^{2 - }) + c(HCO_3^ - ) + c(H_2CO_3)]$，把物料守恒式中的$c(Na^ + )$代入电荷守恒式中，经过整理就可以得到质子守恒式。