电解质溶液中存在着多种粒子(分子、离子),这些粒子的物质的量浓度间究竟有什么样的关系呢?这是教学中的重点,也是难点,现就这个问题谈谈几点解题思路。
在0.1 mol/L的NaHCO3溶液中,存在着哪些粒子呢?它们之间的物质的量浓度间的关系又如何?
要确定其粒子浓度的关系的前提是必须全面分析出溶液中存在的多种粒子。在NaHCO3溶液中,NaHCO3完全电离出Na+和HCO3—,而HCO3—又能水解产生H2CO3和OH-,同时又能电离出H+和CO32— ,再加上水电离出的H+和OH—。因此溶液有两种分子(H2O、H2CO3)和五种离子(H+、Na+、、OH—、CO32—、HCO3—)。
思路一 电荷守恒
溶液呈电中性,溶液中各阳离子所带正电荷总数等于各阴离子所带负电荷总数。设溶液中各离子的物质的量分别是:n (H+)、n(Na+)、n(OH—)、n(CO32—)、n(HCO3—),根据电荷守恒原理则有:n (H+)×1+n(Na+)×1= n(OH—) ×1+n(CO32—) ×2+n(HCO3—) ×1,等号两边同时除以溶液体积就得到:c(H+)+c(Na+)=c(OH—)+c(CO32—)×2+c(HCO3—)。
思路二 物料守恒
化合物中各原子的物质的量之比为一定值。比如NaHCO3的化学式中n(Na) :n(C)=1:1,C元素在溶液中又以H2CO3、CO32—、HCO3—三种形式存在,即有n(Na+)= n(H2CO3 )+n(CO32—) +n(HCO3—),同样也有c(Na+)= c(H2CO3)+ c(CO32—)+ c(HCO3—)。
思路三 质子守恒
在这里可以说是“全体等于各个部分之和”。即电解质溶液中某种粒子的总量等于各种来源的总和。例如,NaHCO3溶液中H+来源于HCO3—的电离和H2O的电离(HCO3— H++CO32—;H2O H++OH—),即①n (H+)总= n(CO32—)+ n (H+)水;OH—来源于HCO3—的水解(HCO3—+ H2O H2CO3+ OH—)和H2O的电离(H2O H++OH),故有②n(OH—)总== n(OH—)水+ n(H2CO3)。由于水电离出的H+和OH—相等,n (H+)水=== n(OH—)水 ,即n (H+)总- n(CO32—) = n(OH—)总-n(H2CO3),移项得:n (H+)总+ n(H2CO3)= n(OH—)总+n(CO32—),从而得出c(H+)+ c(H2CO3)= c(OH—)+c(CO32—)。
对于质子守恒式,也可由电荷守恒式和物料守恒式推导得出:
电荷守恒式:c(H+)+c(Na+)=c(OH—)+c(CO32—)×2+c(HCO3—)
物料守恒式:c(Na+)= c(H2CO3)+ c(CO32—)+ c(HCO3—)
两式相减,消去c(Na+),则可得到质子守恒式:c(H+)+ c(H2CO3)= c(OH—)+c(CO32—)。
思路四 比较浓度要分清主次
电解质溶液中常常是同时存在多个平衡,只有抓住主要平衡才能正确比较浓度。0.1 mol/L的NaHCO3溶液不是很稀,由水电离出的H+和OH—浓度都很小,同理由HCO3—水解和电离出的粒子浓度也很小,所以有c(Na+)>c(HCO3—)。NaHCO3溶液呈碱性,表明HCO3—以水解为主,再结合水的电离就有c(OH—)>c(H+);考虑HCO3—的电离和H2O的电离,又有c(H+)>c(CO32—)。综合考虑NaHCO3溶液中五种离子(H+、Na+、、OH—、CO32—、HCO3—)的浓度关系为: c(Na+)>c(HCO3—)>c (OH—)>c(H+)>c(CO32—)。
在学生有了解题思路后,再适时给出几道练习题,可以让学生加深对知识的理解与运用。
练习1 对下列各溶液中,微粒的物质的量浓度关系表述正确的是( )。
A.0.1 mol/L的(NH4)2SO4溶液中:c(SO42-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)
B.0.1 mol/L的NaHCO3溶液中:c(Na+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(H2CO3)
C.将0.2 mol/L NaA溶液和0.1 mol/L盐酸等体积混合所得碱性溶液中:c(Na+)+ c(H+)=c(A-)+c(Cl-)
D.NH4Cl溶液中:c(Cl-)= c(NH4+)+ c(NH3?H2O)
练习2 已知某溶液中只存在OH-、H+、NH4+、Cl-四种离子,某同学推测其离子浓度大小顺序有如下四种关系:
①c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)
②c(Cl-)>c(NH4+)>c(OH-)>c(H+)
③c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
④c(Cl-)>c(H+)>c(NH4+)>c(OH-)
(1)上述关系一定不正确的是 (填序号)。
(2)若溶液中只溶解了一种溶质,则该溶质是 ,上述四种离子浓度的大小顺序为 (填序号)。
(3)若四种离子浓度关系有c(Cl-)=c(NH4+),则该溶液显 (填“酸性”、“碱性”或“中性”)。
参考答案 1. D 2.(1)② (2)NH4Cl ① (3)中性
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