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離子濃度大小比較
【考點精講】
1. 基本依據(jù):弱電解質(zhì)的電離及鹽的水解程度都很小。
(1)弱電解質(zhì)電離平衡理論:電離粒子的濃度大于電離生成粒子的濃度。
例如,H2CO3溶液中:c(H2CO3)>c(HCO)>c(CO)(多元弱酸第一步電離程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二步電離)。
(2)水解平衡理論:水解離子的濃度大于水解生成粒子的濃度。
例如:Na2CO3溶液中:c(CO)>c(HCO)>c(H2CO3)(多元弱酸根離子的水解以第一步為主)。
2. 基本類型
(1)多元弱酸溶液
例如:0.1mol/L的H2S溶液中所存在的離子濃度由大到小的排列順序是:
c(H+)>c(HS-)>c(S2-)
(2)一元弱酸的正鹽溶液
例如:0.1mol/L的CH3COONa溶液中所存在的離子濃度由大到小的排列順序是:
c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
(3)二元弱酸的正鹽溶液
例如:0.1mol/L的Na2CO3溶液中所存在的離子濃度由大到小的排列順序是:
c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H CO3-)>c(H+)
(4)酸式鹽溶液
例如:0.1mol/L的NaHCO3溶液顯堿性,離子濃度由大到小的排列順序是:
c(Na+)>c(H CO3-)>c(OH-)>c(H+);
c(Na+)>c(HCO3-)>c(H2CO3)>c(CO32-)
(5)不同溶液中同一離子濃度的比較,要看溶液中其他離子對其影響的因素。
例如:在相同物質(zhì)的量濃度的下列各溶液中:①NH4Cl ②CH3COONH4③NH4HSO4
c(NH4+)由大到小的順序為③>①>②。
(6)混合溶液中各離子濃度大小的比較,要進行綜合分析,電離因素、水解因素等都是影響離子濃度大小的要素。
例如:0.1mol/L的NH4Cl溶液和0.1mol/L的氨水混合溶液中所存在的離子的濃度由大到小的排列順序是:c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
在該溶液中,NH3H2O的電離與NH4+的水解相互抑制,NH3H2O的電離程度大于NH4+的水解程度,溶液顯堿性:c(OH-)>c(H+),同時c(NH4+)>c(Cl-)。
【典例精析】
例題1 (廣東理綜)HA為酸性略強于醋酸的一元弱酸,在0.1 molL-1的NaA溶液中,離子濃度關(guān)系正確的是 ( )
A. c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(OH-)
B. c(Na+)>c(OH-)>c(A-)>c(H+)
C. c(Na+)+c(OH-)=c(A-)+c(H+)
D. c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)
思路導(dǎo)航:因HA為弱酸,則NaA溶液水解顯堿性,即c(H+)
c(A-)>c(OH-)>c(H+),故B項錯誤;NaA溶液中存在電荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-),故C項錯誤,D項正確。
答案:D
例題2 (山東理綜)Na2S溶液中離子濃度由大到小的順序為________,向該溶液中加入少量固體CuSO4,溶液pH____(填“增大”“減小”或“不變”)。Na2S溶液長期放置會有硫析出,原因為________(用離子方程式表示)。
思路導(dǎo)航:Na2S溶液中離子濃度的大小根據(jù)鹽類水解原理不難作答,Na2S與CuSO4溶液反應(yīng):Na2S+CuSO4=CuS↓+Na2SO4,溶液的pH減小,Na2S溶液長期放置會被空氣中的氧氣氧化為硫:2S2-+O2+2H2O=2S↓+4OH-。
答案:c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)>c(H+) 減小 2S2-+O2+2H2O=2S↓+4OH-
例題3 (四川高考)常溫下,下列溶液中的微粒濃度關(guān)系正確的是()
A. 新制氯水中加入固體NaOH:c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)+c(OH-)
B. pH=8.3的NaHCO3溶液:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(H2CO3)
C. pH=11的氨水與pH=3的鹽酸等體積混合:c(Cl-)=c(NH4+)>c(OH-)=c(H+)
D. 0.2molL-1的CH3COOH溶液與0.1molL-1的NaOH溶液等體積混合:
2c(H+)-2c(OH-)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)
思路導(dǎo)航:本題考查溶液中離子濃度的大小比較。A項不符合電荷守恒,錯;pH=8.3的NaHCO3的溶液中,則HCO3-的水解程度大于其電離程度,故CO32-的濃度小于H2CO3,B錯;pH=11的氨水與pH=3的鹽酸等體積混合,氨水過量,溶液顯堿性,C項錯誤;根據(jù)物料守恒和電荷守恒可推測質(zhì)子守恒,D項正確。
答案:D
【總結(jié)提升】
熟悉離子濃度大小比較的常見題型與對策
一、基本原則
1. 兩個平衡——電離平衡和水解平衡——分清主次
2. 三個守恒——電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒——列等式
二、常見題型
單一溶質(zhì)溶液中離子濃度的大小關(guān)系
① 強酸、強堿、強酸強堿鹽溶液
對策:只考慮電解質(zhì)的電離與水的電離。如H2SO4溶液中, c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-)
② 弱酸或弱堿溶液
對策:只考慮電離。如在H3PO4溶液中,要考慮它是多步電離:c(H+)>c(H2PO4-)>c(HPO42-)>c(PO43-)
③多元弱酸的正鹽溶液
對策:考慮弱酸根的分步水解。如在Na2CO3溶液中,c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)
④酸式鹽要考慮電離和水解誰為主
對策:a.電離為主的NaHSO3、NaH2PO4溶液呈酸性,如NaHSO3溶液中離子濃度的大小為c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)
b. 水解為主的NaHCO3、Na2HPO4、NaHS溶液呈堿性,如NaHCO3溶液中離子濃度的大小為c(Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(CO32-)>c(H+)
例題1 (江蘇高考)下列有關(guān)電解質(zhì)溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是()
A. 在0.1 molL-1 NaHCO3溶液中:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(H2CO3)
B. 在0.1 molL-1 Na2CO3溶液中:c(OH-)-c(H+)=c(HCO3-)+2c(H2CO3)
C.向0.2 molL-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 molL-1的NaOH溶液:c(CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)
D. 常溫下,CH3COONa和CH3COOH的混合溶液[pH=7,c(Na+)=0.1 molL-1]:c(Na+)=c(CH3COO-)>c(CH3COOH)>c(H+)=c(OH-)
思路導(dǎo)航:A選項在0.1 molL-1 NaHCO3溶液中,HCO3-在溶液中存在水解與電離兩個過程,而溶液呈堿性,說明水解過程大于電離過程,c(H2CO3)>c(CO32-);B選項c(OH-)-c(H+)=c(HCO3-)+2c(H2CO3-)中把c(H+)移項到等式另一邊,即是質(zhì)子守恒關(guān)系式;C選項向0.2 molL-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 molL-1 NaOH溶液后,相當(dāng)于0.05 molL-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液,由于Na2CO3的水解程度大于NaHCO3的水解程度,因此正確的關(guān)系是:c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+);D選項常溫下,CH3COONa和CH3COOH的混合溶液,包括CH3COO-水解和CH3COOH電離兩個過程,既然pH=7,根據(jù)電荷守恒式,不難得出c(Na+)=c(CH3COO-)=0.1molL-1,c(H+)=c(OH-)=110-7 molL-1。水解是有限的,故c(CH3COO-)>c(CH3COOH)。
答案:B、D
例題2 (江蘇)25℃時,有c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0. 1 molL-1的一組醋酸、醋酸鈉混合溶液,溶液中c(CH3COOH)、c(CH3COO-)與pH 的關(guān)系如圖所示。下列有關(guān)溶液中離子濃度關(guān)系的敘述正確的是()
A. pH=5.5 的溶液中:c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
B. W點所表示的溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COOH)+c(OH-)
C. pH=3.5 的溶液中:c(Na+)+c(H+)-c(OH-)+c(CH3COOH)=0. 1molL-1
D. 向W 點所表示的1. 0 L溶液中通入0. 05 mol 的HCl氣體(溶液體積變化可忽略):
c(H+)=c(CH3COOH)+c(OH-)
思路導(dǎo)航:A. pH=5.5>pH=4.75,從曲線來看CH3COOH的電離程度在增大,CH3COO-的水解程度在減小,不可能有c(CH3COOH)>c(CH3COO-)。B、C選項,W點表示溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)是完全正確的,其實這種關(guān)系在溶液中始終存在。pH=3.5的溶液中,c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),再把題干中的c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.1 molL-1代入即可。D. 向W點所表示溶液中通入0.05mol的HCl氣體,原有平衡被打破,建立起了新的平衡。溶液中電荷守恒關(guān)系為:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)+c(Cl-);物料守恒關(guān)系為:2c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=0.1 molL-1,不可能得出上述結(jié)論。
答案:B、C
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