資源簡介

3.3 第4課時　溶液中粒子濃度大小關系
【學習目標】
掌握電解質溶液中的守恒關系和粒子濃度大小的比較。
【合作探究】
【學習情境】
純堿溶液呈堿性,說明c(OH-)>c(H+),那么溶液中其他離子的濃度有什么關系呢
【新知生成】
一、粒子濃度大小比較
1.多元弱酸的正鹽溶液
根據弱酸根的分步水解分析,例如:Na2CO3溶液中:　 。
2.多元弱酸的酸式鹽溶液
要考慮酸根離子的電離程度與水解程度的相對大小,如HC以水解為主,NaHCO3溶液中:　 　;而HS以電離為主,NaHSO3溶液中:　 　。
3.不同溶液中同一離子濃度的比較
要看溶液中其他離子的影響。例如:在相同物質的量濃度的下列溶液中:a.NH4Cl　b.CH3COONH4　c.NH4HSO4,c(N)由大到小的順序是　　 。
4.混合溶液中各離子濃度的大小比較
根據電離程度、水解程度的相對大小分析。
(1)分子的電離程度大于相應離子的水解程度
例如等物質的量濃度的NH4Cl與NH3·H2O混合溶液:　 　。
(2)分子的電離小于相應離子的水解
例如在0.1 mol·L-1的NaCN和0.1 mol·L-1的HCN溶液的混合液中,各離子濃度的大小順序為　 　。
二、溶液中的守恒關系(以NaHCO3溶液為例)
1.物料守恒(元素質量守恒):　 　。
2.電荷守恒:　　 。
3.質子守恒:　　 。
【答案】一、1.c(Na+)>c(C)>c(OH-)>c(HC)>c(H+)
2.c(Na+)>c(HC)>c(OH-)>c(H+)　c(Na+)>c(HS)>c(H+)>c(OH-)
3.c>a>b
4.(1)c(N)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
(2)c(Na+)>c(CN-)>c(OH-)>c(H+)
二、1.c(Na+)=c(HC)+c(C)+c(H2CO3)
2.c(Na+)+c(H+)=c(HC)+c(OH-)+2c(C)
3.c(H2CO3)+c(H+)=c(OH-)+ c(C)
【核心突破】
典例1　物質的量濃度相同的下列溶液:①NH4Cl　②(NH4)2Fe(SO4)2　③(NH4)2SO4 　④CH3COONH4 　⑤NH4Al(SO4)2中,c(N)由大到小的順序為(　　)
A.②③①⑤④ B.②③⑤①④ C.⑤④①③② D.②③①④⑤
【解析】設各種鹽的物質的量濃度都為1 mol·L-1,則①NH4Cl、④CH3COONH4、⑤NH4Al(SO4)2電離產生的c(N)都為1 mol·L-1,②(NH4)2Fe(SO4)2、③(NH4)2SO4電離產生的c(N)都為2 mol·L-1。②中Fe2+的水解對N水解有抑制作用,所以c(N)關系是②>③;①④⑤中,CH3COO-的水解對N水解有促進作用,Al3+水解對N水解有抑制作用,所以c(N)關系是⑤>①>④。綜合以上分析,c(N)由大到小的順序為②>③>⑤>①>④。
【答案】B
典例2　在CH3COONa溶液中,下列關系式正確的是(　　)
A.c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
B.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
C.c(CH3COO-)=c(Na+)>c(H+)=c(OH-)
D.c(Na+)=c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
【解析】CH3COONa溶液中,CH3COO-部分水解,溶液呈堿性,則c(OH-)>c(H+),根據電荷守恒可得:c(Na+)>c(CH3COO-),則溶液中離子濃度大小為c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)。
【答案】B
典例3　用物質的量都是0.1 mol的CH3COOH和CH3COONa配制成1 L混合溶液,已知其中c(CH3COO-)>c(Na+),下列對該混合溶液的判斷正確的是(　　)
A.c(H+)>c(OH-)
B.c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.1 mol·L-1
C.c(CH3COOH)>c(CH3COO-)
D.c(CH3COO-)+c(OH-)=0.2 mol·L-1
【解析】CH3COOH的電離程度大于CH3COO-的水解程度,故c(CH3COOH)c(OH-),C項錯誤;根據電荷守恒c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)可知,c(H+)>c(OH-),c(CH3COO-)+c(OH-)<0.2 mol·L-1,A項正確,D項錯誤;據元素質量守恒知,c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.2 mol·L-1,B項錯誤。
【答案】A
典例4　已知:常溫下鄰苯二甲酸(H2A)的Ka1=1.1×10-3,Ka2=3.9×10-6。用NaOH溶液滴定鄰苯二甲酸氫鉀(KHA)溶液,混合溶液的相對導電能力變化曲線如圖所示(忽略混合時溶液溫度的變化),其中N點為反應終點。下列說法正確的是(　　)
A.M點離子濃度:c(K+)>c(HA-)>c(H2A)>c(A2-)
B.N點溶液中存在:c(Na+)+c(K+)>2c(A2-)+2c(HA-)
C.P點溶液中一定存在:c(Na+)>c(K+)>c(OH-)>c(A2-)
D.從M到P之間的任一點均存在:c(Na+)+c(K+)+c(H+)=c(A2-)+c(HA-)+c(OH-)
【解析】根據鄰苯二甲酸的兩級電離平衡常數可知,HA-的電離平衡常數為3.9×10-6,水解平衡常數=≈10-11,即HA-的電離程度大于其水解程度,故KHA溶液中c(A2-)>c(H2A),A項錯誤;N點的溶液恰好生成KNaA,根據溶液的物料守恒式c(Na+)+c(K+)=2c(A2-)+2c(HA-)+2c(H2A),B項正確;P點溶液為KNaA和NaOH的混合液,由圖可看出N點后,加入NaOH的量小于KNaA的量,則有c(A2-)>c(OH-),C項錯誤;D式子為電荷守恒式,式子中的c(A2-)的系數應為2,D項錯誤。
【答案】B
歸納總結：溶液中粒子濃度大小關系
(1)離子濃度大小比較中的“三個守恒”規律
①物料守恒(也叫元素質量守恒)
在電解質溶液中,由于某些離子發生水解或電離,離子的存在形式發生了變化。就該離子所含的某種元素來說,其質量在變化前后是守恒的,即元素質量守恒。
例如,NaHCO3溶于水后,溶液中Na+與HC的原始濃度之間的關系為c(Na+)=c(HC)。由于HC發生電離與水解,則有c(Na+)=c(HC)+c(C)+c(H2CO3)。
②電荷守恒
指電解質溶液中,陽離子所帶電荷總數與陰離子所帶電荷總數相等,即溶液呈電中性。
例如,NaHCO3溶液中有Na+、H+、HC、C、OH-,存在如下關系:c(Na+)+c(H+)=c(HC)+c(OH-)+2c(C)。
③質子守恒
指得到的質子(H+)數等于失去的質子(H+)數,如Na2S溶液中:
即c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)。
(2)溶液中離子濃度大小的比較
①單一溶液
a.對于多元弱酸溶液,應根據多步電離進行分析。例如,在H3PO4溶液中:c(H+)>c(H2P)>c(HP)>c(P)。
b.對于多元弱酸的正鹽溶液,根據弱酸根離子的分步水解分析。例如,Na2CO3溶液中的電離過程有Na2CO32Na++C,H2OOH-+H+;水
解過程有C+H2OHC+OH-,HC+H2OH2CO3+OH-。故溶液中存在的離子有Na+、C、OH-、HC、H+,因此溶液中各離子濃度的大小順序為c(Na+)>c(C)>c(OH-)>c(HC)>c(H+)。
c.多元弱酸的酸式鹽溶液要考慮酸式酸根離子的電離程度與水解程度的相對大小,如HC以水解為主,NaHCO3溶液中:c(Na+)>c(HC)>c(OH-)>c(H+)>c(C);而HS以電離為主,NaHSO3溶液中:c(Na+)>c(HS)>c(H+)>c(S)>c(OH-)。
d.不同溶液中同一離子濃度的大小比較,要考慮溶液中其他離子對該離子的影響。如在0.10 mol·L-1 的①NH4HSO4、②NH4Cl、③CH3COONH4、④(NH4)2SO4溶液中,c(N)的大小順序為④>①>②>③。
②混合溶液中各離子濃度的大小比較,根據電離程度、水解程度的相對大小進行分析。
a.分子的電離程度大于相應離子的水解程度
例如,等物質的量濃度的NH4Cl與NH3·H2O混合溶液中:c(N)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+);等物質的量濃度的CH3COONa與CH3COOH混合溶液中:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。
b.分子的電離程度小于相應離子的水解程度
例如,在0.1 mol·L-1的NaCN和0.1 mol·L-1的HCN混合溶液中,各離子濃度的大小順序為c(Na+)>c(CN-)>c(OH-)>c(H+)。
訓練1　物質的量濃度相同的下列溶液中,N濃度最大的是(　　)
A.NH4Cl　　 B.NH4HSO4 C.CH3COONH4 D.NH3·H2O
【解析】A項,Cl-對N的水解無影響;B項,H+會抑制N的水解;C項,CH3COO-會促進N的水解;D項,NH3·
H2O只能微弱電離出少量N。故B項N濃度最大,D項N濃度最小。
【答案】B
訓練2　25 ℃時,在20 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中逐滴加入0.2 mol·L-1醋酸溶液,滴定曲線如圖所示,下列有關粒子濃度關系的比較中,不正確的是(　　)
A.在A點:c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)
B.在B點:c(OH-)=c(H+),c(Na+)=c(CH3COO-)
C.在C點:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
D.在C點:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)
【解析】A項,A點溶液的溶質為CH3COONa,溶液中CH3COO-發生水解,使得溶液顯堿性,溶液中離子濃度大小關系為c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),符合題意;B項,B點溶液的溶質為CH3COONa和CH3COOH,溶液顯中性,則c(OH-)=c(H+),由電荷守恒c(OH-)+c(CH3COO-)=c(Na+)+c(H+),可得c(Na+)=c(CH3COO-),不符合題意;C項,C點溶液的溶質為等濃度的CH3COONa和CH3COOH,溶液顯酸性,說明溶液中CH3COOH 的電離程度大于CH3COO-的水解程度,故溶液中:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),不符合題意;D項,C點溶液的溶質為等濃度的CH3COONa和CH3COOH,根據物料守恒可得關系式:2c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH),不符合題意。
【答案】A
課堂小結
【隨堂檢測】
1.某溫度下,關于①0.01 mol·L-1醋酸溶液,②pH=2醋酸溶液,下列說法正確的是(　　)
A.c(CH3COOH):①>②
B.c(CH3COO-):①>②
C.c(CH3COOH)+c(CH3COO-):①=②
D.c(CH3COO-)+c(OH-):①<②
【解析】0.01 mol·L-1醋酸溶液中,c(H+)小于0.01 mol·L-1,pH=2醋酸溶液,醋酸濃度大于0.01 mol·L-1。A項,c(CH3COOH):①<②,錯誤。B項,c(CH3COO-):①<②,錯誤。C項,根據物料守恒知,c(CH3COOH)+c(CH3COO-):①<②,錯誤。D項,由電荷守恒或質子守恒知,c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+),①<②,正確。
【答案】D
2.常溫下,下列溶液中的微粒濃度關系正確的是(　　)
A.在Na2CO3溶液中一定有2c(Na+)=c(C)+c(HC)+c(H2CO3)
B.在NaHCO3溶液中一定有c(Na+)+c(H+)=c(HC)+c(C)+c(OH-)
C.在NH4Cl溶液中一定有c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)
D.在CH3COONa溶液中一定有c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)
【解析】A項,碳酸鈉溶液中存在物料守恒n(Na)=2n(C),故有c(Na+)=2c(C)+2c(HC)+2c(H2CO3),錯誤;B項,碳酸氫鈉溶液中存在電荷守恒,故有c(Na+)+c(H+)=c(HC)+2c(C)+c(OH-),錯誤;C項,氯化銨溶液中存在質子守恒,故有c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-),正確;D項,在CH3COONa溶液中醋酸根離子水解使溶液顯堿性,故有c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),錯誤。
【答案】C
3.0.02 mol·L-1的HCN溶液與0.02 mol·L-1的NaCN溶液等體積混合,已知混合溶液中c(CN-)A.c(Na+)>c(CN-)>c(H+)>c(OH-)
B.c(HCN)+c(CN-)=0.04 mol·L-1
C.c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)
D.c(CN-)>c(HCN)
【解析】HCN在溶液中存在電離平衡:HCNH++CN-,NaCN在溶液中存在水解平衡:CN-+H2OHCN+OH-。因為c(Na+)>c(CN-),所以,CN-的水解程度大于HCN的電離程度,溶液顯堿性,即c(OH-)>c(H+)、c(HCN)>c(CN-)。A項,由以上分析可知c(OH-)>c(H+),錯誤。B項,等體積混合后,溶液濃度為原來的,則c(HCN)+c(CN-)=0.02 mol·L-1,錯誤。C項,溶液存在電荷守恒,應為c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-),正確。D項,由以上分析可知c(HCN)>c(CN-),錯誤。
【答案】C
4.下列有關電解質溶液中微粒的物質的量濃度關系正確的是(　　)
A.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中:c(Na+)>c(HC)>c(C)>c(H2CO3)
B.某二元弱酸的酸式鹽NaHA溶液中:c(OH-)+2c(A2-)c(H+)+c(H2A)
C.向NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至恰好呈中性:c(Na+)>c(S)=c(N)>c(OH-)=c(H+)
D.常溫下,將50 mL 0.1 mol·L-1鹽酸與100 mL 0.1 mol·L-1氨水混合,所得溶液中:c(N)>c(Cl-)>c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(H+)
【解析】在NaHCO3溶液中,由于HC的水解程度大于其電離程度,故c(H2CO3)>c(C),A項錯誤;根據質子守恒可知:c(OH-)+c(A2-)=c(H+)+c(H2A),B項錯誤;N與S均來自NH4HSO4溶液,N部分水解,所以c(S)>c(N),C項錯誤;混合溶液中NH4Cl和NH3·H2O的物質的量相等,NH3·H2O的電離程度大于N的水解程度,溶液顯堿性,D項正確。
【答案】D
5.已知:常溫時碳酸的電離常數=4.5×10-7,=4.7×10-11,氨水的電離常數Kb=1.78×10-5。常溫下,10mL 0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中逐滴加入y mL 0.1 mol·L-1NaOH溶液,下列說法正確的是(　　)
A.y=0時,c(HC)>c(C)>c(H2CO3)
B.y=5時,2c(N)+2c(H+)+c(H2CO3)=3c(C)+c(HC)+c(OH-)
C.y=10時,c(Na+)>c(N)>c(HC)>c(C)
D.y=20時,2c(Na+)=c(HC)+c(H2CO3)+c(C)
【解析】A項,HC的水解常數Kh=≈2.2×10-8>Ka2,HC的電離程度小于其水解程度,故c(H2CO3)>c(C),錯誤;B項,由電荷守恒得c(Na+)+c(N)+c(H+)=2c(C)+c(HC)+c(OH-),由物料守恒得2c(Na+)=c(C)+c(HC)+c(H2CO3),兩式聯立消去c(Na+)得2c(N)+2c(H+)+c(H2CO3)=3c(C)+
c(HC)+c(OH-),正確;C項,y=10時,NH4HCO3與NaOH的物質的量相等,由電離常數可知,N+OH-NH3·H2O的K==≈5.6×104,而HC+OH-C+H2O的K===4.7×103,說明N更易與OH-反應,故反應后的溶質為等濃度的NaHCO3和NH3·H2O,故溶液中c(Na+)>c(HC)>c(N)>c(C),錯誤。D項,反應得到Na2CO3和NH3·H2O,根據物料守恒得c(Na+)=c(HC)+c(H2CO3)+c(C),錯誤。
【答案】B
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