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比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小

来源:未知作者:徐志宏 点击:所属专题: 离子浓度大小比较 碳酸氢钠
一、比较 [H + ] 与[ OH - ]的大小 在NaHCO 3 溶液中存在如下平衡: H 2 O电离:H 2 O H + +OH - K w =1.0×10 - 14 HCO 3 - 的电离:HCO 3 - H + +CO 3 2 - Ka 2 =5.6×10 - 11 HCO 3 - 的水解:HCO 3 - +H 2 O H 2 CO 3 +OH - K h ==K w /Ka 1 =2.4×10

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一、比较[H+]与[OH-]的大小

     在NaHCO3溶液中存在如下平衡:

     H2O电离:H2O比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小H+OH              Kw=1.0×1014

     HCO3的电离:HCO3-比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小H+CO32         Ka2=5.6×1011

     HCO3的水解:HCO3+H2O 比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小H2CO3+OH    Kh==Kw/Ka1=2.4×108

     由于水解平衡常数Kh大于比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小电离平衡常数Ka2,所以[OH-]>[H

二、比较[CO32]与[OH-]的大小

    在250C时,H2CO3(H2O+CO2)溶液中:

    H2CO3比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小H+HCO3        Ka1= [H+][ HCO3]/ [H2CO3]=4.2×10  

    HCO3比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小H+CO32     Ka2=[H+][ CO32]/ [ HCO3] =5.6×1011    

   在NaHCO3溶液中存在着如下两个平衡关系:

    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:

    [H] +[H2CO3] = [ CO32]+ [ OH]   

   由①式得:[H2CO3] =[H+][ HCO3]/ Ka1

   由②式得:[ CO32]==Ka2[ HCO3]/ [H+]

    由水的离子积常数Kw= [H+][ OH],得:[ OH]= Kw/[H+]

    将以上三式代入③式,得:

           [H+]+[H+][ HCO3]/ Ka1= Ka2[ HCO3]/ [H+]+ Kw/[H+]

                                [H+]=比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小           

         一般情况下, HCO3的电离和水解倾向都很小,溶液中的 HCO3消耗很少,④式中的 HCO3平衡浓度近似等于初始浓度c,即[ HCO3]≈c。
                               故[H+]=比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小         

当Ka2c>20Kw时,⑤中的Kw可忽略,得:

                            [H+]= 比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小         
当c>20 Ka1时,⑤中的 Ka1+c≈c,得:

                           [H+]=  比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小     
当Ka2c>20Kw和c>20 Ka1时,⑥⑦均可进一步化简,得:   
                        [H+]= 比较NaHCO3溶液中各离子浓度的大小              
利用上式可以计算出NaHCO3溶液中的 [H+],进而求出:[ CO32]和[ OH]。

     由公式[ OH]=Kw/[H+]和 [CO32]==Ka2[ HCO3]/ [H+]可知,Kw=Ka2[ HCO3]时,[ CO32]=[ OH]。即[ HCO3]=Kw/Ka2=1.0×1014/5.6×10-11==1.8×104(mol/L)

   结论:当[ HCO3]>1.8×104(mol/L)时,  [ CO32]> [ OH]>[ [H+]

          当[ HCO3]1.8×104(mol/L)时, [ OH]>[ CO32]>[H+]

(责任编辑:化学自习室)
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