【专题剖析】溶液中离子浓度的比较技巧

当以读书通世事 2023-11-17 发布于甘肃

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课程标准

1.熟悉弱酸弱碱的电离平衡、盐类的水解平衡规律；

2.熟练应用三大守恒进行溶液中离子浓度的大小比较。

知识梳理

溶液中离子浓度的大小比较是近几年高考考查的热点，这类题目往往以不定项选择的题型出现，有一定难度，区分度高，本文分类对解决此类问题的规律进行归纳。

一、熟悉两大理论，构建思维基点

1.电离平衡

(1)电离过程是微弱的，如H₂CO₃溶液中：c(H₂CO₃)>c(HCO3^－)>c(CO3^2－)(多元弱酸分步电离逐级减弱)。

(2)多元弱酸的电离是分步进行的，其主要是第一级电离(第一步电离程度远大于第二步电离)。如在H₂S溶液中H₂S、HS^－、S^2－、H^＋的浓度大小关系是c(H₂S)>c(H^＋)>c(HS^－)>c(S^2－)。

2.水解平衡

(1)水解过程是微弱的。如Na₂CO₃溶液中：c(CO3^2－)>c(HCO3^－)>c(H₂CO₃)。

(2)多元弱酸酸根离子的水解是分步进行的，其主要是第一步水解，如在Na₂CO₃溶液中：CO3^2－、HCO3^－、H₂CO₃的浓度大小关系应是c(CO3^2－)>c(HCO3^－)>c(H₂CO₃)。

二、抓住三种守恒，建立定量关系

1.电荷守恒：溶液电中性的体现

溶液中所有阳离子所带的正电荷总浓度等于所有阴离子所带的负电荷总浓度。

2.物料守恒：溶液中某元素原子守恒的体现

在电解质溶液中，粒子可能发生变化，但变化前后其中某种元素的原子个数守恒。

3.质子守恒：电解质溶液中，由于电离（尤其是水的电离）、水解等过程的发生，往往存在质子(H^＋)的得失，但得到的质子数等于失去的质子数。

如Na₂S水溶液中的质子转移情况如图：

由图可得质子守恒式：c(H₃O^＋)＋2c(H₂S)＋c(HS^－)＝c(OH^－)，简写为c(H^＋)＋2c(H₂S)＋c(HS^－)＝c(OH^－)。

【名师点拨】（1）质子守恒的关系式也可以由电荷守恒式与物料守恒式联立得到（以KHS溶液为例），

①电荷守恒式为c(K^＋)＋c(H^＋)＝c(OH^－)＋c(HS^－)＋2c(S^2－)，

②物料守恒式为c(K^＋)＝c(HS^－)＋c(S^2－)＋c(H₂S)，

由①－②得c(OH^－)＝c(H₂S)－c(S^2－)＋c(H^＋)，即质子守恒式。

（2）也可以由水分子自身电离出的H^＋和OH^－数目永远相等而推导出。

【例1】　单一溶液

常温下，比较0.1 mol·L^－1NaHCO₃溶液中各种离子浓度关系。

(1)大小关系：__________________________________。

(2)物料守恒：___________________________________。

(3)电荷守恒：_________________________________。

(4)质子守恒：________________________________。

解析：　NaHCO₃===Na^＋＋HCO3^－(完全电离)，

HCO3^－＋H₂O⇌H₂CO₃＋OH^－(主要)，HCO3^－⇌H^＋＋CO3^2－(次要)，

H₂O⇌H^＋＋OH^－(极微弱)。

答案：(1)c(Na^＋)>c(HCO3^－)>c(OH^－)>c(H^＋)>c(CO3^2－)

(2)c(Na^＋)＝c(HCO^－3)＋c(CO^2－3)＋c(H₂CO₃)

(3)c(Na^＋)＋c(H^＋)＝c(HCO3^－)＋2c(CO3^2－)＋c(OH^－)

(4)c(OH^－)＝c(H₂CO₃)＋c(H^＋)－c(CO3^2－)

［易错警示］

（1）电荷守恒式中不只是各离子浓度的简单相加。如2c(CO3^2－)的化学计量数2代表一个CO3^2－带2个负电荷，不可漏掉。

（2）物料守恒式中，离子浓度系数不能漏写或颠倒。如Na₂S溶液中的物料守恒式中，“2”表示c(Na^＋)是溶液中各种硫元素存在形式的硫原子总浓度的2倍。

【例2】　弱酸（或碱）及其强碱（或酸）盐的混合溶液(即缓冲液)

含物质的量相同的CH₃COOH和CH₃COONa混合溶液中：

(1)写出所有电离、水解离子方程式：______________________________。

(2)粒子浓度由大到小顺序为__________________________。

(3)电荷守恒式为_______________________________________。

(4)物料守恒式为____________________________。

答案：　(1)CH₃COONa===CH₃COO^－＋Na^＋CH₃COOH⇌CH₃COO^－＋H^＋

H₂O⇌H^＋＋OH^－CH₃COO^－＋H₂O⇌CH₃COOH＋OH^－

(2)c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)>c(CH₃COOH)>c(H^＋)>c(OH^－)

(3)c(Na^＋)＋c(H^＋)＝c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)

(4)c(Na^＋)＝12［c(CH₃COO^－)＋c(CH₃COOH)］

【例3】酸、碱中和型

　比较下列几种溶液混合后各离子浓度的大小。

(1)CH₃COOH和NaOH等浓度等体积混合，离子浓度大小顺序为_______。

(2)NaOH和CH₃COOH等浓度按1∶2体积比混合后pH<7，离子浓度大小顺序_。

(3)pH＝2的CH₃COOH与pH＝12的NaOH等体积混合，其离子浓度大小顺序为_。

答案：　(1)c(Na^＋)>c(CH₃COO^－)>c(OH^－)>c(H^＋)

(2)c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)>c(H^＋)>c(OH^－)

(3)c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)>c(H^＋)>c(OH^－)

【例4】酸(碱)与盐混合型

首先考虑是否反应，若不反应，分析盐的水解程度和酸(碱)的电离程度的大小；若能反应，则按反应后混合组成综合考虑水解和电离两种因素。

　用物质的量都是0.1 mol的CH₃COOH和CH₃COONa配成1 L混合溶液，已知其中c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)，对该溶液的下列判断正确的是(　　)

A．c(H^＋)>c(OH^－)

B．c(CH₃COO^－)＝0.1 mol·L^－1

C．c(CH₃COOH)>c(CH₃COO^－)

D．c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)＝0.1 mol·L^－1

解析：电荷守恒式为c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)＝c(Na^＋)＋c(H^＋)，因c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)，故c(H^＋)>c(OH^－)，A对；物料守恒式为c(CH₃COOH)＋c(CH₃COO^－)＝0.2 mol·L^－1，因c(CH₃COO^－)>c(Na^＋)＝0.1 mol·L^－1，则c(CH₃COOH)＜0.1 mol·L^－1，故c(CH₃COO^－)>c(CH₃COOH)，即B错、C错；c(CH₃COO^－)>0.1 mol·L^－1，故c(CH₃COO^－)＋c(OH^－)＞0.1 mol·L^－1，D错。

答案：A　

【例5】不同溶液中同一离子浓度的比较：选好参照物，分组比较。