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
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
32-]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
32-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
+]>[CO
32-];
观点2:由于NaHCO
3的水解而使溶液呈碱性,而碱性越强则[H
+]的值越小,而[CO
32-]的值则会越大,因此必有[CO
32-]>[H
+];
观点3:由于水解平衡常数
Kh大于
电离平衡常数Ka2 ,所以HCO
3-的水解程度大于电离程度,即[OH
-]>[CO
32-]。
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,CO
2在气液界面的平衡时间常需数日,因此为方便起见,我们把NaHCO
3溶液体系看成是封闭体系并加以研究。
2.由于[H
2CO
3]/[CO
2(aq)]=10
-3,且CO
2(aq)+H
2O=H
2CO
3的速率很小,所以我们把CO
2(aq)和H
2CO
3两种物质和并成一种假象物质H
2CO
3*。
25℃时,H
2CO
3(H
2O+CO
2)溶液中:
Ka1 = 4.2×10
-7 ①
Ka2 = 5.6×10
-11 ②
在NaHCO
3溶液中存在着下列平衡关系:
物料平衡:
c=[Na
+]= [HCO
3-]+[CO
32-]+[H
2CO
3]
电荷平衡: [Na
+]+[H
+]=[HCO
3-]+2[CO
32-]+[OH
-]
以上两式相减得质子平衡: [H
+]+[H
2CO
3]=[CO
32-]+[OH
-] ③
得:[H
+]={ Ka1(Ka2([HCO
3-]+Kw))/(Ka1+[HCO
3-])}
1/2
利用以上式子可以计算NaHCO
3溶液中的[H
+],进而求出[CO
32-]和[OH
-]。
一般情况下,HCO
3-的酸式解离和碱式解离的倾向都很小,因此,溶液中的HCO
3-消耗甚少,HCO
3-的平衡浓度近似等于初始浓度
c,即[HCO
3-]≈
c 。
二.定量分析过程:
分别来计算0.10
mol/L和1.0×10
-4mol/L的NaHCO
3溶液中各种离子的浓度。
⑴ 0.10
mol/L的NaHCO
3溶液中,[H
+]、[CO
32-]和[OH
-]的计算
在0.10
mol/L的NaHCO
3溶液中,[HCO
3-]≈
c = 0.10
mol/L
又∵
Ka2 c > 20
Kw ,
c > 20
Ka1 采用近似计算:
[H
+] ≈ 4.85×10
-9(
mol/L)
[OH
-] ≈ 2.06×10
-6(
mol/L)
[CO
32-] ≈ 1.15×10
-3(
mol/L)
可见,在0.10
mol/L的NaHCO
3溶液中,[CO
32-] >[OH
-] >[H
+] 。
⑵ 1.0×10
-4mol/L的NaHCO
3溶液中,[H
+]、[CO
32-]和[OH
-]的计算
在1.0×10
-4mol/L的NaHCO
3溶液中,[HCO
3-]≈
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
-6(
mol/L)
[CO
32-]≈ 6.92×10
-7(
mol/L)
可见,在1.0×10
-4 mol/L的NaHCO
3溶液中,[OH
-]>[CO
32-] >[H
+] 。
由以上计算可以看出,[OH
-]和[CO
32-]浓度的相对大小与HCO
3-的初始浓度
c有关。一般情情况下为:[CO
32-] >[OH
-] >[H
+] 。
(责任编辑:化学自习室)