内容正文:
微素养·思维观7 电解质溶液中的粒子浓度关系(见学生用书P171)
一、粒子浓度大小比较的理论依据
(1)电离理论——弱电解质的电离是微弱的
①弱电解质的电离是微弱的,电离产生的粒子都非常少,同时还要考虑水的电离。
如氨水中NH3·H2O、NH、OH-浓度的大小关系是c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(NH)。
②多元弱酸的电离是分步进行的,其主要是第一步电离(第一步电离程度远大于第二步电离程度)。
如在H2S溶液中H2S、HS-、S2-、H+的浓度大小关系是c(H2S)>c(H+)>c(HS-)>c(S2-)。
(2)水解理论——弱电解质离子的水解过程一般是微弱的
①弱电解质离子的水解是微弱的(水解相互促进的除外),但由于水的电离,水解后酸性溶液中c(H+)或碱性溶液中c(OH-)总是大于水解产生的弱电解质分子的浓度。
如NH4Cl溶液中:NH、Cl-、NH3·H2O、H+的浓度大小关系是c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(NH3·H2O)。
②多元弱酸酸根离子的水解是分步进行的,其主要是第一步水解。如在Na2CO3溶液中:CO、HCO、H2CO3的浓度大小关系应是c(CO)>c(HCO)>c(H2CO3)。
二、溶液中粒子种类的判断
我们在判断溶液中粒子浓度大小时,首先要判断溶液中粒子的种类,然后再进行比较。判断溶液中粒子种类的方法是正确写出溶液中所有的电离方程式、水解方程式,然后结合溶液中的溶质即可判断溶液中的粒子种类。
注意:在书写电离方程式时,不要漏写水的电离方程式。
如NaHCO3溶液中存在三种电离:
NaHCO3===Na++HCO、HCO⥫⥬H++CO、H2O⥫⥬H++OH-;一种水解:HCO+H2O⥫⥬H2CO3+OH-,所以溶液中的离子为Na+、CO、HCO、OH-、H+,分子为H2CO3、H2O。
三、离子浓度大小比较的方法
(1)考虑水解因素:如Na2CO3溶液。
CO+H2O⥫⥬HCO+OH-
HCO+H2O⥫⥬H2CO3+OH-
所以c(Na+)>c(CO)>c(OH-)>c(HCO)。
(2)不同溶液中同一离子浓度的比较要看溶液中其他离子对它的影响。如相同浓度的A.NH4Cl、B.CH3COONH4、C.NH4HSO4三种溶液中,c(NH)由大到小的顺序是c>a>b。
(3)混合液中各离子浓度的比较要综合分析水解因素、电离因素,如相同浓度的NH4Cl和NH3·H2O混合液中,因NH3·H2O的电离程度大于NH的水解程度,故离子浓度大小关系为c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)。
四、遵守三个守恒,选好参照物
三个守恒即电荷守恒、元素质量守恒和质子守恒,不同溶液中同一离子浓度的大小比较要选好参照物,分组比较各个击破。如25 ℃时,相同物质的量浓度的下列溶液中:①NH4Cl溶液、②CH3COONH4溶液、③NH4HSO4溶液、④(NH4)2SO4溶液、⑤(NH4)2Fe(SO4)2溶液,c(NH)由大到小的顺序为⑤>④>③>①>②。
分析流程:
分组④⑤中c(NH)要大于①②③
例1 一种捕集烟气中CO2的过程如图所示。室温下以0.1 mol· L-1KOH溶液吸收CO2,若通入CO2所引起的溶液体积变化和H2O挥发可忽略,溶液中含碳物种的浓度c总=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO)。H2CO3的电离常数分别为Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.4×10-11。下列说法正确的是( C )
A.KOH溶液吸收CO2所得到的溶液中:c(H2CO3)>c(HCO)
B.KOH完全转化为K2CO3时,溶液中:c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+c(H2CO3)
C.KOH溶液吸收CO2,c总=0.1 mol·L-1溶液中:c(H2CO3)>c(CO)
D.如图所示的“吸收”“转化”过程中,溶液的温度下降
【解析】KOH吸收CO2所得到的溶液,若为K2CO3溶液,此时由于CO主要发生第一步水解,溶液中:c(H2CO3)<c(HCO),若为KHCO3溶液,则HCO发生水解的程度很小,溶液中c(H2CO3)<c(HCO),A不正确;KOH完全转化为K2CO3时,依据电荷守恒,溶液中c(K+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+2c(CO),依据元素质量守恒,溶液中c(K+)=2[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)],则c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+2c(H2CO3),B不正确;KOH溶液吸收CO2,c(KOH)=0.1 mol· L-1,c总=0.1 mol· L-1,则溶液为KHCO3溶液,Kh==≈2.3×10-8>Ka2=4.4×10-11,表明HCO以水解为主,所以溶液中c(H2CO3)>c(CO),C正确;“吸收”时发生的反应和“转化