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守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较

来源:作者:吴传鹏 点击:所属专题: 三大守恒
守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 杨柳青一中 特级教师 韦芳 有关溶液中离子浓度大小比较的问题是中学化学中常见问题。这类题目知识容量大、综合性强,涉及到的知识点有:弱电解质的电离平衡、盐类的水解、电解质之间的反应等,既是教学的重点,也是高考的重点。如

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杨柳青一中   特级教师  韦芳

有关溶液中离子浓度大小比较的问题是中学化学中常见问题。这类题目知识容量大、综合性强,涉及到的知识点有:弱电解质的电离平衡、盐类的水解、电解质之间的反应等,既是教学的重点,也是高考的重点。如何用简捷的方法准确寻找这类问题的答案呢?在电解质溶液中常存在多个平衡关系,应抓住主要矛盾(起主要作用的平衡关系),利用三种守恒关系——电荷守恒、物料守恒、水的电离守恒。下面举例说明解析这类习题时守恒法的应用。希望对同学们有所启发。

一、弱酸或弱碱溶液中微粒浓度的比较

例1.以一元弱酸CH3COOH为例,分析CH3COOH溶液中各微粒浓度大小关系。

分析:在CH3COOH溶液中,存在两种电离平衡:

CH3COOH 守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较CH3COO+H   (主)

H2守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 OH+ H     (次)

根据电荷守恒,平衡时则有:c(H)= c(OH)+ c(CH3COO

由于CH3COOH是弱电解质,电离程度不大,所以c(CH3COOH)远大于c(H);c(CH3COOH)也远大于c(CH3COO)。

结论:溶液中微粒浓度的大小关系为:c(CH3COOH)>c(H)>c(CH3COO)>c(OH

练习1.在0.1mol/LNH3·H2O 溶液中,下列关系正确的是(    )

  A.c(NH3·H2O)>c(OH)> c(NH4)>c(H

B.c(NH4)>c(NH3·H2O)>c(OH)> c(H

C.c(NH3·H2O)>c(NH4)= c(OH)> c(H

D.c(NH3·H2O)>c(NH4)> c(H)>c(OH

答案:A

二、可水解盐溶液中离子浓度的比较

例2.以强酸弱碱盐NH4Cl溶液为例,分析NH4Cl溶液中各离子浓度大小关系。

分析:在NH4Cl溶液中,存在如下电离与水解平衡:

NH4Cl== NH4 + Cl  (主)

NH4 + H2O  守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 NH3·H2O + H   (次)

H2守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 OH+ H     (又次之)

所以溶液中,c(H)>c(OH

根据电荷守恒和物料守恒,平衡时则有:

c(NH4)+ c(H)= c(OH)+ c(Cl)    (1)(电荷守恒)

c(Cl)= c(NH3·H2O)+ c(NH4)       (2)(物料守恒)

根据水的电离守恒或联立二式可得:

c(H)= c(NH3·H2O)+  c(OH)[注:水电离生成的OH和H应是相等的,即c(H)= c(OH)总 = c(OH -)+ c(NH3·H2O)]

由于溶液中,NH4水解程度不大,所以c(NH4)远大于c(NH3·H2O);c(NH4)远大于c(H);c(NH4)远大于c(OH)。

结论:溶液中各微粒浓度关系为:c(Cl)>c(NH4)> c(H)>c(OH

练习2.在Na2S溶液中存在着多种分子和离子,下列关系不正确的是(   )

A.c(OH)=  c(HS )+ c(H)+ c(H2S)

B.c(OH)= c(HS -)+ c(H)+ 2c(H2S)

C. c(Na)= 2 [c(HS -)+ c(S 2-) + c(H2S)]

D.c(Na)+ c(H)= 2 c(S2-)+ c(HS -)+ c(OH

提示:

在Na2S溶液中存在如下电离与水解平衡:

Na2S== 2Na+ S2-

S2-+ H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较  HS -+ OH

HS -+ H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较  H2S + OH

H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 OH+ H

根据电荷守恒和物料守恒,平衡时则有

c(Na)+ c(H)= 2 c(S2-)+ c(HS -)+ c(OH)(电荷守恒) (1)

c(Na)= 2 [c(HS-)+ c(S2-) + c(H2S)](物料守恒)       (2)

根据水的电离守恒或联立二式得

c(OH)= c(HS-)+ c(H)+ 2c(H2S)

所以,B、C、D正确。

答案:A

练习3.在0.1mol/LNaHCO3溶液中,下列各种关系式正确的是(   )

A.c(Na)>c(HCO3)> c(H)>c(OH-)

B.c(Na)+ c(H+)= c(HCO3)+ c(OH)+2c(CO32

C. c(Na)= c(HCO3 -)>c(OH)>c(H

D.c(Na)= c(HCO3 -)+ c(CO32)+ c(H2CO3

答案:B、D

三、酸与碱溶液反应后溶液中离子浓度大小的比较

例3.将PH=3的盐酸与PH=11的氨水等体积混合后,溶液中离子浓度大小关系正确的是(   )

A.c(NH4)>c(Cl)>c(H)>c(OH

B.c(NH4)>c(Cl)>c(OH-)>c(H+)

C.c(Cl)>c(NH4)>c(H)>c(OH-)

D.c(NH4)+ c(H)= c(Cl)+ c(OH-)

分析:

PH=3,c(H)=10-3mol/L,PH=11,c(OH)=10-3mol/L;因为氨水是弱电解质,所以氨水的浓度远大于盐酸的浓度;二者等体积反应后,氨水过量;同时生成NH4Cl。

在氨水和NH4Cl的混合溶液中,存在如下平衡:

NH4Cl == NH4 + Cl(主)

NH3·H2守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较  NH4 +OH(次)

NH4 + H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较   NH3·H2O + H (又次之)

 H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较 OH+ H (更次之)

因为,氨水的电离平衡程度大于NH4的水解程度,所以 c(NH4)>c(Cl),且溶液显碱性,即c(OH)>c(H)。B选项正确。根据电荷守恒,D选项正确。

答案:B、D

我们可以把以上分析总结为:当c(H)=c(OH)的酸、碱溶液等体积混合时,谁弱谁过量,谁弱显谁性。

例4.100mL 0.1 mol/LCH3COOH与50mL 0.2 mol/L NaOH溶液混合,在所得溶液中(    )

A.c(Na)>c(CH3COO)>c(H)>c(OH

B.c(Na)+ c(H)= c(CH3COO-)+ c(OH

C.c(Na)>c(CH3COO)>c(H)= c(OH

D.c(Na)= c(CH3COO)> c(OH)> c(H

分析:

n(CH3COOH)=0.1L×0.1mol/L=0.01mol

n(NaOH)= 0.05L×0.2mol/L=0.01mol

两者混合后恰好完全反应生成强酸弱碱盐CH3COONa,CH3COONa溶液中离子浓度分析参考例2。

我们可以把以上分析总结为:当的酸、碱溶液完全中和时,相当于生成盐。谁强显谁性,谁弱谁水解。

练习4.将PH=3的醋酸与PH=11的NaOH溶液等体积混合后,在所得的混合溶液中,下列关系式正确的是(   )

A.c(Na)>c(CH3COO)>c(H)>c(OH

B. c(Na)+ c(H)= c(CH3COO)+ c(OH

C.c(CH3COO)>c(Na)>c(H)> c(OH

D.c(Na)= c(CH3COO)> c(OH)> c(H

答案:B、C

练习5.常温下,将甲酸和氢氧化钠溶液混合,所得溶液PH=7,则此溶液中(   )

A.c(HCOO)>c(Na)       B. c(HCOO)<c(Na

C.c(HCOO)= c(Na)       D. 无法确定 c(HCOO)和c(Na)的关系

答案:C

四、强碱弱酸盐与强酸或强酸弱碱盐与强碱反应后溶液中离子浓度大小的比较

例5.0.2moL/LNH4Cl溶液与0.1mol/L NaOH溶液等体积混合后,溶液中下列微粒的物质的量浓度关系正确的是(   )

A.c(NH4)= c(Na)= c(OH)>c(NH3·H2O)  

B.c(NH4)= c(Na+)>c(NH3·H2O)>c(OH

C.c(NH4)+ c(Na)+ c(H)=  c(Cl)+ c(OH

D.c(NH4)>c(Na)>c(NH3·H2O)>c(OH)>c(H

分析:因NH4Cl溶液与NaOH溶液等体积混合,因此NH4Cl的物质的量可看作是0.2mol,NaOH的物质的量可看作是0.1mol,两者反应的物质的量之比是1:1,所以生成0.1mol NH3·H2O,0.1mol NaCl,剩余0.1mol NH4Cl。在三种物质的混合溶液中存在如下平衡:

NaCl  ==Na+Cl (主)

NH4Cl 守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较   NH4 + Cl(主)

NH4 + H2O  守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较   NH3·H2O + H (次)

NH3·H2O守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较   NH4 +OH(又次之)

H2守恒法对溶液中离子浓度大小进行比较  OH+ H(更次之)

因此,c(Cl)= 0.2 mol/L,c(Na)= 0.1 mol/L;

因为NH3·H2O的电离平衡程度大于NH4的水解平衡程度,所以c(OH)>c(H);且c(NH3·H2O)<0.1mol/L,c(NH4)>0.1 mol/L。因此溶液中各种微粒浓度由大到小的顺序是c(NH4)>c(Na)>c(NH3·H2O)>c(OH)>c(H)。D选项正确。根据电荷守恒,C选项正确。

答案:C、D

练习6.0.5mol/L H2SO4和0.1mol/L CH3COONa溶液等体积混合后离子浓度关系正确的是(   )

A.c(Na)+c(H)=2 c(SO42)+ c(OH)+ c(CH3COO

B. c(Na)> c(SO42)>c(CH3COO)>c(H+)

C.2c(Na)= c(SO42)>c(CH3COO)>c(OH-)

D.c(Na)=2 c(SO42)> c(H)> c(CH3COO

答案:A、D

练习7.将0.2mol/LCH3COOK溶液与0.1mol/LHCl溶液等体积混合后,溶液中下列微粒的物质的量浓度关系正确的是(    )

A.c(K)>c(CH3COO)> c(Cl)>c(H)>c(OH

B.c(K)> c(CH3COO)= c(Cl)>c(H)>c(OH

C.c(H)+ c(K)=  c(Cl)+ c(CH3COO)+ c(OH

D. c(K)> c(Cl)>c(CH3COO)>c(OH)>c(H

答案:A、D

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