水溶液中各微粒浓度大小的比较规律

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  电解质溶于水后,由于各种离子发生不同的变化,其浓度也有较大的变化。各微粒浓度的大小比较就是重要的问题,也是现在高考的一个重点和热点。现就比较方法作以下的整理和归纳,简称“一二三原则”。
  一、一个优先
  将不同溶液混合时,有化学反应的一定优先考虑化学反应,按化学方程式“完全反应”后,将原混合溶液等同为“剩余的反应物和生成的产物按照一定比例混合”,然后考虑微粒各自的变化。
  例1:将0.2mol/L的CH3COOH溶液与0.1mol/L的NaOH溶液等体积充分混合,将混合后各离子的浓度从大到小排序。
  【分析】溶液混合后,发生酸碱中和反应,CH3COOH过量一倍,该溶液就可以等同于“将CH3COOH和CH3COONa溶液等物质的量混合”,在相同条件下,CH3COOH的电离强于CH3COO-的水解,所以溶液中各微粒的浓度从大到小的顺序为:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)。
  例2:(2018年浙江化学学考第23题改变)在常温下,向10mL浓度均为0.1mol/L的NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol/L的盐酸,当加入5mL盐酸时,溶液中各离子浓度从大到小的顺序为     。
  【分析】盐酸加入后,NaOH优先与盐酸反应,但仍然过量一倍,该溶液可以等同为“将NaOH、NaCl、Na2CO3三种物质按物质的量之比为1:1:2混合”,CO32-水解产生OH-,但被NaOH抑制,CO32-水解微弱,大部分没有水解,所以溶液中各微粒的浓度从大到小的顺序c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(Cl-)>c(HCO3-)>c(H+)。
  二、两个微弱
  1.弱电解质的电离是微弱的(没有电离的弱电解质分子是大多数),多元弱酸的电离是分步的,一步远比一步弱,第一步电离程度远大于第二步电离。
  如:在0.1mol/L的CH3COOH溶液中,各微粒的浓度从大到小的顺序为:c(CH3COOH)>c(H+)>c(CH3COO-)>c(OH-);
  在H2SO3溶液中,第一步电离(H2SO3  HSO3-+H+)比第二步电离(HSO3-  SO32-+H+)强很多,但仍然是微弱的,所以各微粒的浓度从大到小的顺序为:c(H2SO3)>c(H+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(OH-)。
  2.弱酸根离子和弱碱阳离子的单水解是微弱的(没有水解的弱离子是大多数)。
  如:在0.1mol/L的NH4Cl溶液中,NH4+发生微弱的水解(NH4+  NH3·H2O+H+)各微粒的浓度从大到小的順序为:c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(NH3·H2O)>c(OH-);
  在Na2CO3溶液中,完全电离(Na2CO3=Na++CO32-)产生Na+和CO32-,CO32-发生两步水解,第一步(CO32-  HCO3-+ OH-)比第二步(HCO3-  H2CO3+OH-)强,但仍然是微弱的,所以各微粒的浓度从大到小的顺序为:c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H2CO3)。
  三、三个不一样
  1.不同溶液(外界条件相同)中的同种离子的水解程度不同
  在相同的外界条件下,同一种弱离子组成的不同盐,由于另一种离子可能水解、电离或者没有变化,对该离子产生不同的影响。
  例3:常温下,浓度均为0.1mol/L的①NH4Cl、②CH3COONH4、③NH4HCO3、④NH4HSO3、⑤NH4HSO4等五种溶液,c(NH4+)从大到小的顺序为   。
  【分析】①中Cl-没有任何变化,对NH4+的单水解没有影响,对②、③阴离子NH4+的水解有促进作用,NH4+的水解程度比①中的大,HCO3-的水解比CH3COO-强,对NH4+的水解促进作用更大,④中HSO3-的电离强于自身的水解,对NH4+的水解起抑制作用,但没有⑤中的抑制强,因为⑤中的酸性更强。故c(NH4+)从大到小的顺序为⑤>④>①>②>③。
  2.不同酸的酸式酸根离子的自身电离和水解程度不一样
  多元弱酸的酸式酸根离子在水溶液中既有电离也有水解,但是各不相同,有的水解强于电离,有的电离强于水解。一般情况下,HSO3-、HC2O4-、H2PO4-等离子的电离强于水解,HCO3-、HS-、HPO42-等离子的水解强于电离。
  具体的判断方法可以用电离常数和水解常数来比较。以HC2O4-为例计算说明:常温下H2C2O4的两步电离常数分别为K1=5.4×10-2、K2=5.4×10-5,即HC2O4-的电离常数K(电离)=5.4×10-5,其水解常数K(水解)=■=■=1.9×10-10,K(电离)>K(水解),故HC2O4-的电离强于水解,NaHC2O4的水溶液显酸性,各微粒的浓度从大到小的顺序为:c(Na+)>c(HC2O4-)>c(H+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(H2C2O4)。
  3.弱酸及其强碱盐(或者弱碱及其强酸盐)按物质的量之比1:1(或者接近1:1)混合的水溶液中,弱电解质的电离和相应的弱离子的水解程度不一样。
  例4:已知常温下CH3COOH的电离常数为1.75×10-5,现将CH3COOH和CH3COONa按物质的量之比1:1混合溶于水,则该混合溶液中各微粒浓度从大到小的顺序为  。
  【分析】CH3COOH的电离常数可以求算出相同温度下的CH3COO-的水解常数为1.0×10-14/1.75×10-5=5.8×10-10,电离常数大于水解常数,所以CH3COOH的电离强于CH3COO-的水解,混合溶液呈酸性。该混合溶液中各微粒浓度从大到小的顺序为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)。
  将氨水和氯化铵等物质的量混合溶于水后,溶液呈碱性,是因为NH3·H2O的电离强于NH4+的水解(常温下,NH3·H2O的电离常数大于NH4+的水解常数),所以溶液中各微粒浓度从大到小的顺序为c(NH4+)>c(Cl-)>c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(H+)。
  中学中常见的弱酸和易溶的弱碱都是如此,但是如果弱酸的电离常数小于相应的弱酸根的水解常数,则溶液呈碱性。如:HCN和NaCN按等物质的量的混合溶液中,溶液呈碱性,各微粒浓度从大到小的顺序为:c(HCN)>c(Na+)>c(HCN)>c(OH-)>c(H+)。
  (湖北省恩施高中,湖北 恩施 445500)
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