PAGE1PAGE能力課時5水溶液中離子濃度的關(guān)系探究任務(wù)能綜合運用電離平衡和水解平衡原理，判斷溶液中粒子濃度大小關(guān)系，分析和解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)電解質(zhì)溶液的實際問題。1．理解兩大平衡，建立微弱意識(1)電離平衡→建立電離過程是微弱的意識弱電解質(zhì)(弱酸、弱堿、水)的電離是微弱的，且水的電離能力遠遠小于弱酸和弱堿的電離能力。如在稀醋酸溶液中：CH3COOHCH3COO－＋H＋，H2OOH－＋H＋，粒子濃度由大到小的順序：c(CH3COOH)＞c(H＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)。(2)水解平衡→建立水解過程是微弱的意識弱酸根離子或弱堿陽離子的水解是微弱的，但水的電離程度遠遠小于鹽的水解程度。如稀的CH3COONa溶液中，CH3COONa=CH3COO－＋Na＋，CH3COO－＋H2OCH3COOH＋OH－，H2OH＋＋OH－，粒子濃度由大到小的順序：c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(CH3COOH)＞c(H＋)。2．把握三大守恒，明確定量關(guān)系(1)物料守恒(原子守恒)在電解質(zhì)溶液中，由于某些離子能夠水解，粒子種類增多，但這些粒子所含某些原子的總數(shù)始終不變，符合原子守恒。如NaHCO3溶液中，n(Na＋)∶n(C原子)＝1∶1，因HCOeq\o\al(－,3)水解：HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2CO3＋OH－以及HCOeq\o\al(－,3)電離：HCOeq\o\al(－,3)H＋＋COeq\o\al(2－,3)，C元素的存在形式有3種，即HCOeq\o\al(－,3)、H2CO3、COeq\o\al(2－,3)，由n(Na＋)∶n(C原子)＝1∶1，得c(Na＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(COeq\o\al(2－,3))＋c(H2CO3)。(2)電荷守恒在電解質(zhì)溶液中，陽離子的電荷總數(shù)與陰離子的電荷總數(shù)相等，即溶液呈電中性。如NaHCO3溶液中有Na＋、H＋、HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、OH－，存在如下關(guān)系：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))＋c(OH－)(因COeq\o\al(2－,3)帶2個單位負電荷，所以其所帶電荷數(shù)為其離子數(shù)的2倍)。(3)質(zhì)子守恒電解質(zhì)溶液中分子或離子得到或失去質(zhì)子(H＋)的物質(zhì)的量相等。例如：①在Na2CO3溶液中：質(zhì)子守恒：c(OH－)＝c(H＋)＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(H2CO3)。②在NaHCO3溶液中：質(zhì)子守恒：c(H＋)＋c(H2CO3)＝c(OH－)＋c(COeq\o\al(2－,3))。另外，質(zhì)子守恒式可以由電荷守恒式和物料守恒式推導(dǎo)得出。以KHS溶液為例，電荷守恒式為c(K＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HS－)＋2c(S2－)①，物料守恒式為c(K＋)＝c(HS－)＋c(S2－)＋c(H2S)②，由①－②消去沒有參與變化的K＋得質(zhì)子守恒式c(H＋)＋c(H2S)＝c(OH－)＋c(S2－)。3．明晰三大類型，掌握解題流程溶液中粒子濃度大小比較三大類型類型一單一溶液中各粒子濃度的比較①多元弱酸溶液：多元弱酸分步電離，電離程度逐級減弱。如H3PO4溶液中：c(H＋)＞c(H2POeq\o\al(－,4))＞c(HPOeq\o\al(2－,4))＞c(POeq\o\al(3－,4))。②多元弱酸的正鹽溶液：多元弱酸的酸根離子分步水解，水解程度逐級減弱。如在Na2CO3溶液中：c(Na＋)＞c(COeq\o\al(2－,3))＞c(OH－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(H2CO3)。類型二混合溶液中各粒子濃度的比較混合溶液要綜合分析電離、水解等因素。如在0.1mol·L－1NH4Cl溶液和0.1mol·L－1的氨水混合溶液中，NH3·H2O的電離程度強于NHeq\o\al(＋,4)的水解程度，溶液呈堿性，各離子濃度大小順序為c(NHeq\o\al(＋,4))＞c(Cl－)＞c(OH－)＞c(H＋)。類型三不同溶液中同一粒子濃度的比較不同溶液要看溶液中其他離子對該離子的影響。解題流程為如在相同物質(zhì)的量濃度的下列溶液中：①NH4Cl；②CH3COONH4；③NH4HSO4，c(NHeq\o\al(＋,4))由大到小的順序為③＞①＞②。4．理清解題思路，四步突破問題(1)判斷反應(yīng)產(chǎn)物：判斷兩種溶液混合時生成了什么物質(zhì)，是否有物質(zhì)過量，再確定反應(yīng)后溶液的組成。(2)寫出反應(yīng)后溶液中存在的平衡：根據(jù)溶液的組成，寫出溶液中存在的所有平衡(水解平衡、電離平衡)，尤其要注意不要漏寫在任何水溶液中均存在的水的電離平衡。這一步的主要目的是分析溶液中存在的各種粒子及比較直接地看出某些粒子濃度間的關(guān)系，在具體應(yīng)用時要注意防止遺漏。(3)列出溶液中存在的等式：根據(jù)反應(yīng)后溶液中存在的溶質(zhì)的守恒原理，列出兩個重要的等式，即電荷守恒式和物料守恒式，據(jù)此可列出溶液中陰、陽離子間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。(4)比大?。焊鶕?jù)溶液中存在的平衡和題給條件，結(jié)合平衡的有關(guān)知識，分析哪些平衡進行的程度相對大一些，哪些平衡進行的程度相對小一些，再依此比較溶液中各粒子濃度的大小。這一步是溶液中粒子濃度大小比較最重要的一步，關(guān)鍵是要把握好電離平衡和水解平衡兩大理論，樹立“主次”意識。【例1】(雙選)含SO2的煙氣會形成酸雨，工業(yè)上常利用Na2SO3溶液作為吸收液脫除煙氣中的SO2，隨著SO2的吸收，吸收液的pH不斷變化。下列粒子濃度關(guān)系一定正確的是()A．Na2SO3溶液中存在：c(Na＋)>c(SOeq\o\al(2－,3))>c(H2SO3)>c(HSOeq\o\al(－,3))B．已知NaHSO3溶液pH<7，該溶液中：c(Na＋)>c(HSOeq\o\al(－,3))>c(SOeq\o\al(2－,3))>c(H2SO3)C．當(dāng)吸收液呈酸性時：c(Na＋)＝c(SOeq\o\al(2－,3))＋c(HSOeq\o\al(－,3))＋c(H2SO3)D．當(dāng)吸收液呈中性時：c(Na＋)＝2c(SOeq\o\al(2－,3))＋c(HSOeq\o\al(－,3))BD[Na2SO3溶液呈堿性，溶液中粒子濃度關(guān)系為c(Na＋)>c(SOeq\o\al(2－,3))>c(OH－)>c(HSOeq\o\al(－,3))>c(H＋)>c(H2SO3)，A項錯誤；NaHSO3溶液pH<7，則該溶液中HSOeq\o\al(－,3)的電離程度大于水解程度，溶液中粒子濃度大小關(guān)系為c(Na＋)>c(HSOeq\o\al(－,3))>c(H＋)>c(SOeq\o\al(2－,3))>c(OH－)>c(H2SO3)，B項正確；當(dāng)吸收液呈酸性時可以是NaHSO3溶液，溶液中存在物料守恒：c(Na＋)＝c(H2SO3)＋c(SOeq\o\al(2－,3))＋c(HSOeq\o\al(－,3))，也可以是NaHSO3和亞硫酸鈉的混合溶液，則選項中的物料守恒關(guān)系式不再適用，C項錯誤；當(dāng)吸收液呈中性時，c(H＋)＝c(OH－)，溶液中存在電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋2c(SOeq\o\al(2－,3))＋c(HSOeq\o\al(－,3))，故c(Na＋)＝2c(SOeq\o\al(2－,3))＋c(HSOeq\o\al(－,3))，D項正確。]【例2】在常溫下，向10mL濃度均為0.1mol·L－1的NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·L－1的鹽酸，溶液pH隨鹽酸加入體積的變化如圖所示。下列說法正確的是()A．在a點的溶液中：c(Na＋)＞c(COeq\o\al(2－,3))＞c(Cl－)＞c(OH－)＞c(H＋)B．在b點的溶液中：2n(COeq\o\al(2－,3))＋n(HCOeq\o\al(－,3))＜0.001molC．在c點的溶液pH＜7，是因為此時HCOeq\o\al(－,3)的電離能力大于其水解能力D．若將0.1mol·L－1的鹽酸換成同濃度的醋酸，當(dāng)?shù)沃寥芤旱膒H＝7時：c(Na＋)＝c(CH3COO－)B[向10mL濃度均為0.1mol·L－1的NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1mol·L－1鹽酸，依次發(fā)生反應(yīng)：①H＋＋OH－=H2O、②H＋＋COeq\o\al(2－,3)=HCOeq\o\al(－,3)、③H＋＋HCOeq\o\al(－,3)=CO2↑＋H2O。a點的溶液中加入鹽酸的體積為5mL，則溶液中溶質(zhì)物質(zhì)的量之比為n(NaCl)∶n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝1∶1∶2，故溶液中離子濃度大小關(guān)系為c(Na＋)＞c(COeq\o\al(2－,3))＞c(OH－)＞c(Cl－)＞c(H＋)，A項錯誤；b點的溶液pH＝7，結(jié)合電荷守恒式：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))＋c(Cl－)，可得c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))＝c(Na＋)－c(Cl－)，故n(HCOeq\o\al(－,3))＋2n(COeq\o\al(2－,3))＝0.003mol－n(Cl－)，由題圖知溶液pH＝7時加入鹽酸的體積大于20mL，故n(Cl－)＞0.002mol，所以2n(COeq\o\al(2－,3))＋n(HCOeq\o\al(－,3))＜0.001mol，B項正確；c點的溶液pH＜7，是因為反應(yīng)生成的H2CO3的電離能力大于HCOeq\o\al(－,3)的水解能力，C項錯誤；若將0.1mol·L－1的鹽酸換成同濃度的醋酸，當(dāng)?shù)沃寥芤旱膒H＝7時，電荷守恒式為c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))＋c(CH3COO－)，則c(Na＋)≠c(CH3COO－)，D項錯誤。]題組1單一溶液中離子濃度的關(guān)系1．HA為酸性略強于醋酸的一元弱酸。在0.1mol·L－1NaA溶液中，離子濃度關(guān)系正確的是()A．c(Na＋)＞c(A－)＞c(H＋)＞c(OH－)B．c(Na＋)＞c(OH－)＞c(A－)＞c(H＋)C．c(Na＋)＋c(OH－)＝c(A－)＋c(H＋)D．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)D[HA為一元弱酸，則NaA為強堿弱酸鹽，溶液由于A－的水解顯堿性，離子濃度大小為c(Na＋)＞c(A－)＞c(OH－)＞c(H＋)，A項、B項錯誤；根據(jù)溶液中電荷守恒，則c(Na＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)，C項錯誤，D項正確。]2．0.1mol·L－1的Na2CO3溶液中各離子濃度的關(guān)系(1)大小關(guān)系：_______________________________________。(2)物料守恒：_______________________________________。(3)電荷守恒：_______________________________________。(4)質(zhì)子守恒：_______________________________________。[解析]Na2CO3=2Na＋＋COeq\o\al(2－,3)(完全電離),CO2－3＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋OH－(主要)，HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2CO3＋OH－(次要),H2OH＋＋OH－(極微弱)。[答案](1)c(Na＋)＞c(COeq\o\al(2－,3))＞c(OH－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(H＋)(2)c(Na＋)＝2[c(COeq\o\al(2－,3))＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(H2CO3)](3)c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(OH－)＋2c(COeq\o\al(2－,3))(4)c(OH－)＝c(H＋)＋2c(H2CO3)＋c(HCOeq\o\al(－,3))題組2混合溶液中離子濃度的關(guān)系3．常溫時，將0.1mol·L－1的CH3COOH溶液與pH＝13的NaOH溶液等體積混合后(若混合后兩者的體積可以相加)，恰好完全反應(yīng)，則下列有關(guān)所得混合液的說法正確的是()A．所得混合液中c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(H＋)＞c(OH－)B．混合后溶液pH＝7C．所得混合液中存在c(CH3COOH)＋c(CH3COO－)＝0.05mol·L－1D．混合后溶液中存在c(CH3COOH)＋c(CH3COO－)＝c(Na＋)＋c(H＋)C[二者混合后溶質(zhì)為CH3COONa。根據(jù)物料守恒，反應(yīng)后的溶液中c(CH3COOH)＋c(CH3COO－)＝eq\f(1,2)×0.1mol·L－1＝0.05mol·L－1，C正確。CH3COONa水解顯堿性，pH＞7，B不正確；離子濃度大小順序為c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(H＋)，A不正確；由電荷守恒知：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，D不正確。]4．(2021·山東泰安模擬)將新買的瓷制餐具、茶具、酒具放入10%的醋內(nèi)煮上兩三個小時，可除去新瓷器所含的微量鋁，避免鋁毒危害身體。已知25℃時，Ka(CH3COOH)＝1.7×10－5。該溫度下用0.1mol·L－1的醋酸滴定10.00mL0.1mol·L－1的堿MOH，滴定過程中加入醋酸的體積(V)與溶液中l(wèi)geq\f(cH＋,cOH－)的關(guān)系如圖所示。下列說法中錯誤的是()A．MOH的電離方程式為MOH=M＋＋OH－B．a(chǎn)點V(CH3COOH)＝10.00mLC．25℃時，CH3COO－的水解平衡常數(shù)為eq\f(10,17)×10－9D．b點：c(CH3COO－)>c(M＋)>c(H＋)>c(OH－)B[開始時0.1mol·L－1的MOH的eq\f(cH＋,cOH－)＝10－12，則c(H＋)＝10－13mol·L－1，c(OH－)＝0.1mol·L－1，MOH是強堿，完全電離，A正確；當(dāng)加入V(CH3COOH)＝10.00mL，CH3COOH和MOH恰好反應(yīng)生成CH3COOM溶液，溶液顯堿性，而a點c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性，B錯誤；因為水解平衡常數(shù)Kh＝eq\f(Kw,Ka)＝eq\f(1.0×10－14,1.7×10－5)＝eq\f(10,17)×10－9，C正確；當(dāng)?shù)稳隫(CH3COOH)＝20.00mL時，溶液中是等濃度的CH3COOH和CH3COOM，c(CH3COO－)>c(M＋)>c(H＋)>c(OH－)，D正確。]pH傳感器，用來檢測被測物中氫離子濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號的傳感器。pH傳感器，通常由化學(xué)部分和信息傳輸部分構(gòu)成。pH傳感器可以測定大型反應(yīng)槽或制程管路中的pH。實驗室中使用pH傳感器可以快速測定溶液中pH的變化，某化學(xué)興趣小組進行了如下實驗：在燒杯中加入50mL0.01mol·L－1的Na2CO3溶液，插入pH傳感器。打開數(shù)字采集器并采集pH數(shù)據(jù)，打開磁力攪拌器，直到電腦屏幕顯示的pH穩(wěn)定。實驗1：先慢慢加入Na2CO3粉末，再慢慢加入NaHCO3粉末，實驗結(jié)果見圖1。實驗2：先慢慢加入NaHCO3粉末，再慢慢加入Na2CO3粉末，實驗結(jié)果見圖2。圖1圖2[問題1]Na2CO3溶液呈堿性的原因是什么？[提示]Na2CO3溶液電離出的COeq\o\al(2－,3)屬于弱酸的酸根，與水電離出的H＋發(fā)生反應(yīng)生成HCOeq\o\al(－,3)，溶液中c(H＋)減小，使水的電離平衡H2OH＋＋OH－向正反應(yīng)方向移動，c(OH－)增大，造成溶液中c(OH－)＞c(H＋)，溶液呈堿性。[問題2]實驗1中向盛有Na2CO3溶液的燒杯中先加入Na2CO3粉末后加入NaHCO3粉末，圖像先上升后下降的原因是什么？[提示]先慢慢加入Na2CO3粉末，溶液中c(COeq\o\al(2－,3))增大，平衡COeq\o\al(2－,3)＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋OH－向正反應(yīng)方向移動，c(OH－)增大，溶液pH上升，圖像呈上升趨勢，堿性增強；再慢慢加入NaHCO3粉末，溶液中c(HCOeq\o\al(－,3))增大，平衡COeq\o\al(2－,3)＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋OH－向逆反應(yīng)方向移動，c(OH－)減小，溶液pH下降，圖像呈下降趨勢，堿性減弱。[問題3]實驗2中向盛有Na2CO3溶液的燒杯中先加入NaHCO3粉末后加入Na2CO3粉末，圖像先下降后上升的原因是什么？[提示]先慢慢加入NaHCO3粉末，溶液中c(HCOeq\o\al(－,3))增大，平衡COeq\o\al(2－,3)＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋OH－向逆反應(yīng)方向移動，c(OH－)減小，溶液pH下降，圖像呈下降趨勢，堿性減弱；再慢慢加入Na2CO3粉末，溶液中c(COeq\o\al(2－,3))增大，平衡COeq\o\al(2－,3)＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋OH－向正反應(yīng)方向移動，c(OH－)增大，溶液pH上升，圖像呈上升趨勢，堿性增強。通過實驗探究碳酸鈉的水解，提升學(xué)生宏觀辨識與微觀探析、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．常溫下，鹽酸和氨水混合，所得溶液pH＝7，則此溶液中的關(guān)系正確的是()A．c(NHeq\o\al(＋,4))＜c(Cl－)B．c(NHeq\o\al(＋,4))＝c(Cl－)C．c(NHeq\o\al(＋,4))＞c(Cl－)D．無法確定c(NHeq\o\al(＋,4))與c(Cl－)的大小B[鹽酸和氨水混合后的溶液中存在電荷守恒：c(NHeq\o\al(＋,4))＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH－)，因為所得溶液pH＝7，即c(H＋)＝c(OH－)，故c(NHeq\o\al(＋,4))＝c(Cl－)。]2．(雙選)下列溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是()A．室溫下，向0.01mol·L－1NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至中性：c(Na＋)＞c(SOeq\o\al(2－,4))＞c(NHeq\o\al(＋,4))＞c(OH－)＝c(H＋)B．0.1mol·L－1NaHCO3溶液：c(Na＋)＞c(OH－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(H＋)C．Na2CO3溶液：c(OH－)－c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(H2CO3)D．25℃時，pH＝4.75、濃度均為0.1mol·L－1的CH3COOH、CH3COONa混合溶液：c(CH3COO－)＋c(OH－)＜c(CH3COOH)＋c(H＋)AC[0.01mol·L－1NH4HSO4中加NaOH溶液，當(dāng)OH－與H＋按1∶1反應(yīng)結(jié)束后，由于NHeq\o\al(＋,4)水解呈酸性，需要再加NaOH與NHeq\o\al(＋,4)反應(yīng)使溶液呈中性，所以c(Na＋)＞c(SOeq\o\al(2－,4))＞c(NHeq\o\al(＋,4))，A項正確；B項中，雖然HCOeq\o\al(－,3)水解呈堿性，但水解微弱，c(Na＋)與c(HCOeq\o\al(－,3))數(shù)值接近，所以c(Na＋)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(OH－)＞c(H＋)，故B項錯誤；C項中，Na2CO3溶液中，電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(COeq\o\al(2－,3))＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(OH－)，物料守恒：c(Na＋)＝2[c(COeq\o\al(2－,3))＋c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(H2CO3)]，兩式相減整理得：c(OH－)－c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(H2CO3)，所以C項正確；D項，由電荷守恒有：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，物料守恒有：2c(Na＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)，兩式聯(lián)立得：c(CH3COO－)＋2c(OH－)＝c(CH3COOH)＋2c(H＋)，因溶液pH＝4.75，即c(H＋)＞c(OH－)，得c(CH3COO－)＋c(OH－)＞c(CH3COOH)＋c(H＋)，D項錯誤。]3．硫化氫的水溶液中存在動態(tài)平衡：H2SH＋＋HS－；HS－H＋＋S2－；H2OH＋＋OH－。在物質(zhì)的量濃度為0.1mol·L－1的H2S溶液中，下列各離子濃度的關(guān)系正確的是()A．c(H＋)＝c(HS－)＋2c(S2－)＋c(OH－)B．2c(H＋)＝2c(HS－)＋c(S2－)＋2c(OH－)C．c(H＋)＝c(HS－)＋2c(S2－)D．c(H＋)＝2c(S2－)＋c(OH－)A[解本題的關(guān)鍵是先要分析清楚硫化氫的水溶液中存在哪些離子，再從守恒的角度分析題目。H2S為二元弱酸，所以其在水溶液中不能完全電離。由電荷守恒得，c(H＋)＝c(HS－)＋2c(S2－)＋c(OH－)。A項正確。]4．(2021·山東青島質(zhì)檢)室溫時，將0.10mol·L－1NaOH溶液滴入20.00mL未知濃度的某一元酸HA溶液中，溶液pH隨加入NaOH溶液體積的變化曲線如圖所示(忽略溶液混合時體積的變化)。當(dāng)V(NaOH)＝20.00mL(圖中c點)，二者恰好完全反應(yīng)。則下列有關(guān)說法不正確的是()A．HA為弱酸，其物質(zhì)的量濃度為0.10mol·L－1B．a(chǎn)點時：c(A－)－c(HA)＝2c(H＋)－2c(OH－)C．c(HA)＋c(A－)＋c(Na＋)的值：b點近似等于c點D．d點時：2c(HA)＋2c(A－)＝3c(Na＋)D[A項，當(dāng)V(NaOH)＝20.00mL(圖中c點)，二者恰好完全反應(yīng)，所以HA的濃度是0.10m