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碳酸氢钠溶液中离子浓度大小的比较

来源:未知作者:李小明 点击:所属专题: 离子浓度大小比较 碳酸氢钠01

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碳酸氢钠溶液中离子浓度大小的比较问题存在着较大的分歧,最关键的问题是[OH - ]、[H + ]和[CO 3 2- ]的大小比较。 观点为1:在碳酸氢钠溶液中每电离1mol HCO 3 - ,便产生1mol CO 3 2- 和1mol H + ,在这个基础上再考虑水的电离,而每1mol水的电离便产生1mol H + 和1mol OH

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  碳酸氢钠溶液中离子浓度大小的比较问题存在着较大的分歧,最关键的问题是[OH-]、[H+]和[CO32-]的大小比较。
观点为1:在碳酸氢钠溶液中每电离1mol HCO3-,便产生1mol CO32-和1mol H+,在这个基础上再考虑水的电离,而每1mol水的电离便产生1mol H+和1mol OH-因此必有[H+]>[CO32-];
观点2:由于NaHCO3的水解而使溶液呈碱性,而碱性越强则[H+]的值越小,而[CO32-]的值则会越大,因此必有[CO32-]>[H+];
观点3:由于水解平衡常数Kh大于电离平衡常数Ka2 ,所以HCO3-的水解程度大于电离程度,即[OH-]>[CO32-]。
这几种观点的分析都有一定的道理,那么哪种观点更符合实际情况呢?分析如下:
一.分析问题的准备知识:
1.根据气体交换动力学,CO2在气液界面的平衡时间常需数日,因此为方便起见,我们把NaHCO3溶液体系看成是封闭体系并加以研究。
2.由于[H2CO3]/[CO2(aq)]=10-3,且CO2(aq)+H2O=H2CO3的速率很小,所以我们把CO2(aq)和H2CO3两种物质和并成一种假象物质H2CO3*。
25℃时,H2CO3(H2O+CO2)溶液中:
   Ka1 = 4.2×10-7      ①
  Ka2 = 5.6×10-11      ②
在NaHCO3溶液中存在着下列平衡关系:
物料平衡: c=[Na+]= [HCO3-]+[CO32-]+[H2CO3]
电荷平衡: [Na+]+[H+]=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]
以上两式相减得质子平衡: [H+]+[H2CO3]=[CO32-]+[OH-]       ③
        得:[H+]={ Ka1(Ka2([HCO3-]+Kw))/(Ka1+[HCO3-])}1/2
利用以上式子可以计算NaHCO3溶液中的[H+],进而求出[CO32-]和[OH-]。
一般情况下,HCO3-的酸式解离和碱式解离的倾向都很小,因此,溶液中的HCO3-消耗甚少,HCO3-的平衡浓度近似等于初始浓度c,即[HCO3-]≈ c
二.定量分析过程:
分别来计算0.10 mol/L和1.0×10-4mol/L的NaHCO3溶液中各种离子的浓度。
     ⑴ 0.10 mol/L的NaHCO3溶液中,[H+]、[CO32-]和[OH-]的计算
在0.10 mol/L的NaHCO3溶液中,[HCO3-]≈ c = 0.10 mol/L
又∵Ka2 c > 20Kw c > 20 Ka1  采用近似计算:
       [H+] ≈ 4.85×10-9mol/L
[OH-] ≈ 2.06×10-6mol/L
[CO32-] ≈ 1.15×10-3mol/L
可见,在0.10 mol/L的NaHCO3溶液中,[CO32-] >[OH-] >[H+] 。
     ⑵ 1.0×10-4mol/L的NaHCO3溶液中,[H+]、[CO32-]和[OH-]的计算
在1.0×10-4mol/L的NaHCO3溶液中,[HCO3-]≈ c = 1.0×10-4 mol/L
又∵c > 20 Ka1 ,但Ka2 c << Kw ,应精确计算:
     [H+]≈ 8.09×10-9 mol/L
[OH-]≈ 1.24×10-6mol/L
[CO32-]≈ 6.92×10-7mol/L
可见,在1.0×10-4 mol/L的NaHCO3溶液中,[OH-]>[CO32-] >[H+] 。
由以上计算可以看出,[OH-]和[CO32-]浓度的相对大小与HCO3-的初始浓度c有关。一般情情况下为:[CO32-] >[OH-] >[H+] 。
(责任编辑:化学自习室)
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