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有关溶液中离子浓度的大小比较是中学化学常见的问题。此类题目信息量大,综合性强,是中学化学的难点,同时也是同学们难于掌握和容易出错的地方。如何才能快速、准确地解答此类题目呢?下面笔者将结合例题来浅析溶液中离子浓度的大小比较。
一般情况下,溶液中离子浓度的大小比较要运用到三个守恒关系:电荷守恒、物料守恒及质子守恒。下面以Na2CO3溶液为例来进行说明。
电荷守恒:在任何电解质溶液中,阳离子所带的正点荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。用浓度关系式表示为
物料守恒(或原子守恒):电解质发生变化前某元素的原子的物质的量等于电解质变化后溶液中所有含该元素的微粒中该元素的原子的物质的量之和。用浓度关系式表示为
下面将通过例题来分析如何比较溶液中离子浓度的大小。
例1 将0.1 mol/L的CH3COONa溶液20 mL与0.1 mol/L的盐酸10 mL混合后,溶液显酸性,则溶液中有关粒子的浓度关系正确的是()。
A.c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(H+)>c(CH3COOH)
B.c(CH3COO-)>(Cl-)>c(CH3COOH)>(H+)
C.c(CH3COO-)=c(Cl-)>c(H+)>c(CH3COOH)
D.c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)+c(OH-)
解析 首先判断反应后溶液里含有哪些溶质及物质的量各为多少,CH3COONa溶液与盐酸混合后发生反应:CH3COONa+HCl=NaCl+CH3COOH。因为n(CH3COONa)=2n(HCl),所以反应后所得溶液可看成是由等物质的量的CH3COONa、NaCl、CH3COOH的混合物。因此溶液中存在的离子为Na+、H+、CH3COO-、OH-、Cl-。
根据电荷守恒可得c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)+c(OH-)。
在上述五种离子中,Na+的量最多,由于溶液显酸性,说明在溶液中CH3COOH的电离程度要比CH3COO-的水解程度大,即CH3COOH的电离是主要的,因此溶液中CH3COO-要比Cl-多。由于CH3COOH为弱电解质,25℃时,0.1 mol/L的CH3COOH溶液中,每100个醋酸分子中有1.33个分子发生电离,所以溶液中CH3COOH的量要比H+的量多。
答案为B、D。
例2 将0.3 mol/L KOH溶液与0.1 mol/L H3PO4溶液等体积相混合,溶液中各粒子间关系正确的是()。
此题的A和B选项是常见的两种不同关系式。A选项可直接用电荷守恒来判断,B选项则需用电荷守恒和质子守恒联立,先求出阳离子的浓度,然后再进行判断。解题时要仔细审题,注意其区别。
答案为B、C。
通过以上例题的解法分析可知,在比较溶液中离子浓度的大小时,可以先判断溶液中含有哪些粒子,并列出三个守恒关系式,然后结合题目的已知条件来解题。这种分析方法不仅适用单一的酸、碱、盐溶液,还适用混合溶液,如CH3COONa和CH3COOH的混合液。掌握了这种分析方法,就可以快速、准确地比较溶液中离子浓度的大小。
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一般情况下,溶液中离子浓度的大小比较要运用到三个守恒关系:电荷守恒、物料守恒及质子守恒。下面以Na2CO3溶液为例来进行说明。
电荷守恒:在任何电解质溶液中,阳离子所带的正点荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。用浓度关系式表示为
物料守恒(或原子守恒):电解质发生变化前某元素的原子的物质的量等于电解质变化后溶液中所有含该元素的微粒中该元素的原子的物质的量之和。用浓度关系式表示为
下面将通过例题来分析如何比较溶液中离子浓度的大小。
例1 将0.1 mol/L的CH3COONa溶液20 mL与0.1 mol/L的盐酸10 mL混合后,溶液显酸性,则溶液中有关粒子的浓度关系正确的是()。
A.c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(H+)>c(CH3COOH)
B.c(CH3COO-)>(Cl-)>c(CH3COOH)>(H+)
C.c(CH3COO-)=c(Cl-)>c(H+)>c(CH3COOH)
D.c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)+c(OH-)
解析 首先判断反应后溶液里含有哪些溶质及物质的量各为多少,CH3COONa溶液与盐酸混合后发生反应:CH3COONa+HCl=NaCl+CH3COOH。因为n(CH3COONa)=2n(HCl),所以反应后所得溶液可看成是由等物质的量的CH3COONa、NaCl、CH3COOH的混合物。因此溶液中存在的离子为Na+、H+、CH3COO-、OH-、Cl-。
根据电荷守恒可得c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(Cl-)+c(OH-)。
在上述五种离子中,Na+的量最多,由于溶液显酸性,说明在溶液中CH3COOH的电离程度要比CH3COO-的水解程度大,即CH3COOH的电离是主要的,因此溶液中CH3COO-要比Cl-多。由于CH3COOH为弱电解质,25℃时,0.1 mol/L的CH3COOH溶液中,每100个醋酸分子中有1.33个分子发生电离,所以溶液中CH3COOH的量要比H+的量多。
答案为B、D。
例2 将0.3 mol/L KOH溶液与0.1 mol/L H3PO4溶液等体积相混合,溶液中各粒子间关系正确的是()。
此题的A和B选项是常见的两种不同关系式。A选项可直接用电荷守恒来判断,B选项则需用电荷守恒和质子守恒联立,先求出阳离子的浓度,然后再进行判断。解题时要仔细审题,注意其区别。
答案为B、C。
通过以上例题的解法分析可知,在比较溶液中离子浓度的大小时,可以先判断溶液中含有哪些粒子,并列出三个守恒关系式,然后结合题目的已知条件来解题。这种分析方法不仅适用单一的酸、碱、盐溶液,还适用混合溶液,如CH3COONa和CH3COOH的混合液。掌握了这种分析方法,就可以快速、准确地比较溶液中离子浓度的大小。
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