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在学习《电解质》溶液这一章时,很多学生对如何正确比较微粒浓度大小感到困惑,笔者在教学中,引导学生运用三个观点即全面观点、矛盾观点、守恒观点考虑问题,能有效地澄清疑点,突破难点。
一、全面观点 即要全面分析微粒(分子和阴阳离子)在水溶液中可能存在的“行为”:①要考虑微粒之间发生的化学反应 ② 要理解强(弱)电解质的电离程度和阴离子的水解程度③要特别注意弱酸的酸式根阴离子如HCO3-、HS-、HSO3-、HPO42-、 H2PO4-,它们既可发生电离,也可发生水解。只有全面分析微粒在水溶液中的“行为”,才不易出错。
例1 物质的量相同的下列溶液中,含微粒种类最多的是
A CaCl2 B CH3COONa C NH3 D K2S
分析:CaCl2在水溶液中只发生电离,故含有Ca2+、Cl-、H+、OH-和H2O等5种微粒,CH3COONa电离的CH3COO-水解:CH3COO-+H2O CH3COOH+ OH-,故含有Na+、CH3COO-、CH3COOH 、H+、OH-和H2O等6种微粒,对NH3,存在平衡 NH3+H2O=NH3·H2O
NH4++ OH-,故含有NH3、NH4+、NH3·H2O 、H+、OH-和H2O等6种微粒,K2S电离的S2-能发生二级水解:S2-+H2O
HS-+ OH-, HS-+ H2O
H2S+ OH-,故含有K +、S2-、HS- 、H2S 、H+、OH-和H2O等7种微粒,故选D。
二、矛盾观点 在微粒可能出现的“行为”中,我们要运用矛盾的观点,抓住事物的主要矛盾而忽略次要的问题, ①优先考虑微粒间化学反应,然后再考虑微粒发生电离或水解②同浓度的弱酸和弱酸盐、弱碱和弱碱盐主要考虑弱酸(碱)的电离而忽略弱酸(碱)盐的水解,如同浓度同体积CH3COOH 和CH3COONa混合溶液显酸性,而 同浓度同体积NH3·H2O和NH4Cl溶液则显碱性。③H2PO4- 、HSO3-在溶液中主要发生电离显酸性(忽略水解), 而HCO3-、HS-、HPO42-主要发生水解显碱性(忽略电离)。
例2 将0.1mol/LCH3COONa溶液20mL和0.1mol/L HCl10mL混合后溶液显酸性,则下列有关微粒浓度关系正确的是
A c(CH3COO-)> c(Cl-)> c(H+)> c(CH3COOH)
Bc(CH3COO-)> c(Cl-)> c(CH3COOH)> c(H+)
Cc(CH3COO-)= c(Cl-)> c(H+)> c(CH3COOH)
Dc(Na+)+ c(H+)= c(Cl-)+c(CH3COO-)+ c(OH-)
分析:先考虑CH3COONa和HCl反应:CH3COONa+HCl= CH3COOH+NaCl,生成等量CH3COOH和CH3COONa,因溶液显酸性,故只考虑CH3COOH电离而不考虑CH3COONa发生水解,因CH3COOH只有小部分电离,即溶液剩余的c(CH3COOH)远多于电离的c(CH3COOH) 即溶液中的c(H+),故溶液中有关微粒浓度大小关系: c(Na+)> c(CH3COO-)> c(Cl-)>c(CH3COOH)> c(H+)> c(OH-),故选BD(电荷守恒关系式)。
三、守恒观点 电解质溶液中涉及到的守恒关系式主要有电荷守恒、物料守恒(元素守恒),准确辨认和灵活运用这些守恒关系式,能快速解题。
例3 常温下将0.01molNH4Cl和0.004molNaOH溶于水,配制0.5升溶液,回答下列问题:
(1)溶液中有两种微粒的物质的量之和为0.01mol,它们是 ?
(2)溶液中n (NH4+)+ n(H+)-n(OH-)= mol?
(3) 若设某稀NH4Cl的浓度为a mol/L,由于NH4+水解,c(NH4+)实际略小于amol/L, 在溶液中,c(NH4+)、c(NH3·H2O) 、c(OH-)有如下关系:c(NH4+)·c(OH-)/ c(NH3·H2O)=Kb,Kb为NH3·H2O的电离常数。
用a、c(H+)、及Kw、Kb表示溶液中c(NH4+) ?
分析:(1)NH4Cl和NaOH先反应生成NH3·H2O(NaOH过量),NH3·H2O再部分电离生成NH4+和OH-,NH4Cl+NaOH=NH3·H2O+ NaCl
NH3·H2ONH4++OH-
据物料守恒有n (NH4+)+n (NH3·H2O)= 0.01
(2)据电荷守恒有 n(Cl-)+ n(OH-)= n(H+)+ n(Na+)+ n (NH4+)
故n (NH4+)+ n(H+)-n(OH-)= n(Cl-)- n(Na+)=0.01-0.004=0.006 mol
(3) ∵c(NH4+)·c(OH-)/ c(NH3·H2O)=Kb ∴ c(NH4+)= Kb×c(NH3·H2O)/ c(OH-)
据水的离子积定义有c(OH-)×c(H+)=Kw ∴ c(OH-)= Kw/ c(H+)
据物料守恒有c (NH4+)+ c (NH3·H2O)= a ∴ c (NH3·H2O)= a- c (NH4+)
代入求得c(NH4+)= Kb·a ·c(H+)/[Kb ·c(H+)+ Kw]
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