溶液中离子浓度的比较
有关溶液中离子浓度的比较涉及盐类的水解、弱酸弱碱的电离两个重要的知识点,纵观历年的高考试题,可发现它是高考中一个重要的考点,现将溶液离子浓度的比较常见考查点总结如下:
一、单一溶液离子浓度比较
单一溶液离子浓度比较,我们首先要确定溶液的溶质的成分,进而利用有关弱酸弱碱的电离或盐类水解的知识解答。单一溶液中离子浓度的比较高中阶段主要限于:一元弱酸、一元弱碱(氨水)、能水解的正盐等,而多元弱酸、多元弱碱、弱酸的酸式盐等往往不在高中阶段的讨论范围。
1、一元弱酸中离子浓度比较
0.1mol/LCH3COOH溶液中:
电苛守恒有:c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)
物料守恒有:c(CH3COO-)+(CH3COOH)=0.1mol/L
2、一元弱碱中离子浓度比较
0.1mol/L的氨水中:
物料守恒有:c(NH3)+c(NH4+)+c(NH3·H2O)=0.1mol/L
电苛守恒有:c(OH-)=c(NH4+)+c(H+)
3、一元强酸弱碱盐
1mol/L的NH4Cl溶液中
物料守恒有:c(NH4+)+c(NH3·H2O)=1mol/L
电苛守恒有:c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-)
质子守恒有:c(H+)=c(OH-)+c(NH3·H2O)
离子浓度大小有:
c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)
4、一元强碱弱酸盐
1mol/L CH3COONa溶液中:
物料守恒有:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=1mol/L
电苛守恒有:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
质子守恒有:c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH)
离子浓度大小关系有:
c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
5、二元弱酸强碱盐
1mol/LNa2CO3溶液中:
物料守恒有:c(Na+)=2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)
电苛守恒有:c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)
质子守恒有:c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
离子浓度大小关系有:c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+)
二、混合液中离子浓度的比较
1、酸碱反应后溶液中离子浓度的比较
酸碱反应后所得溶液为单一的盐溶液,则利用单一溶液知识解答,如果酸碱有一种剩余,则溶液可能呈中性、酸性和碱性,此时由溶液的酸碱性对溶液中离子浓度进行比较。
例1、(2005年高考江苏卷)常温下将稀NaOH溶液与稀CH3COOH溶液混合,不可能出现的结果是( )
A.PH>7,且c(OH-)>c(Na+)>c(H+)>c(CH3COO-)
B.PH>7,且c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)
C.PH<7,且c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)
D.PH=7,且c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)=c(OH-)
解析:当PH>7时,对应溶液的溶质可为单一的CH3COONa溶液或NaOH和CH3COONa的混合液,当为单一的CH3COONa溶液时,离子浓度为:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+);当NaOH的量远大于CH3COONa时,也可有:c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+),所以A不可能。B为电苛守恒永远成立,C中当CH3COOH的量远大于CH3COONa时也成立;D中PH=7,时有c(CH3COO-)=c(Na+)>c(H+)=c(OH-),所以正确答案为AD。
2、弱酸的酸式盐与碱反应后溶液中离子浓度比较
一般弱酸的酸式盐,弱酸根的水解大于其电离能力,溶液呈碱性,但有一些弱酸的酸式盐确以电离为主,溶液呈酸性,如NaHSO3、NaHC2O4、NaH2PO4(但Na2HPO4溶液为碱性)。酸式盐可与碱继续反应,生成的正盐呈碱性。
例2、(2007天津理综第10题)草酸是二元中强酸,草酸氢钠溶液显酸性。常温下,向10mL0.01mol/LNaHC2O4溶液中滴加0.01mol/LNaOH溶液,随着NaOH溶液体积的增加,溶液中离子浓度关系正确的是()
A.V(NaOH)=0时,c(H+)=1×10-2mol/L
B.V(NaOH)<10mL时,不可能存在c(Na+)=2(C2O42-)+(HC2O4-)
C.V(NaOH)=10mL时,c(H+)=1×10-7mol/L
D.V(NaOH)>10mL时,c(Na+)>(C2O42-)>(HC2O4-)
解析:因草酸是二元中强酸,所以NaHC2O4中氢并不完全电离,则V(NaOH)=0时,c(H+)<1×10-2mol/L,A答案错;V(NaOH)=10mL时,溶液恰好反应生成Na2C2O4,为强碱弱酸盐水解呈碱性,则c(H+)<1×10-7mol/L,C答案错;当V(NaOH)<10mL时,肯定有一处溶液呈中性c(H+)=c(OH-),溶液中电苛守恒有:c(Na+)+c(H+)=2(C2O42-)+(HC2O4-)+(OH-),则有c(Na+)=2(C2O42-)+(HC2O4-),B答案错;当V(NaOH)>10mL时,溶液为Na2C2O4和NaOH的混合液,C2O42-水解产生HC2O4-,但水解反应为酸碱中和反应的逆反应,水解的量很少,所以正确答案为D。
3、弱酸与其强碱盐混合液中离子浓度的比较
一般情况下,等浓度的弱酸与其强碱盐混合,以弱酸电离为主,溶液呈酸性;等浓度的弱碱与其强酸盐混合,以弱碱的电离为主,溶液呈碱性,但当弱酸或弱碱的酸碱性太弱,电离程度太小时,以盐的水解为主。
NH4Cl + NH3·H2O 型:由于大量的NH3·H2O存在,抑制了NH4+的水解,以NH3·H2O的电离为主,溶液呈碱性,c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
CH3COONa + CH3COOH 型,由于大量的CH3COOH存在,抑制了CH3COO-的水解,以CH3COOH的电离为主,溶液呈酸性,c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
特例:对于NaCN+HCN型,由于HCN是极弱的酸,CN-的水解程度很大,反而以CN—的水解为主,溶液呈碱性(题中会提供信息)c(Na+)>c(CN—),c(Na+)>c(CN-)>c(OH-)>c(H+)
例3 设氨水的pH=x,某盐酸的pH=y,已知x+y=14,且x>11。将上述两溶液分别取等体积充分混合后,所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是
A. c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-) B. c(NH4+)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)
C. c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+) D. c(Cl-)>c(NH4+)>c(OH-)>c(H+)
解析:由于x+y=14,且x>11,所以氨水c(OH-) 和盐酸中的c(H+) 相等。两者等体积混合后,氨水过量,溶液显碱性,选C
例4、(2003年高考江苏卷)将0.2mol/LHCN溶液和0.1mol/LNaOH溶液等体积混合后,溶液呈碱性,下列关系式中正确的为()
A.c(HCN)<c(CN-)
B.c(Na+)>c(CN-)
C.c(HCN)-c(CN-)=c(OH-)
D.c(HCN)+c(CN-)=0.1mol/L
解析:0.2mol/LHCN溶液和0.1mol/LNaOH溶液等体积混合后,不考虑水解和电离,c(HCN)=c(NaCN),而此时溶液呈碱性,说明NaCN水解大于HCN的电离,则c(HCN)>c(CN-),电苛守恒有:c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(CN-),物料守恒有:c(HCN)+c(CN-)=0.1mol/L=2c(Na+),将此式代入上式,可发现C不正确,因此正确答案为BD。
4、混合的盐溶液中离子浓度的比较
二元弱酸的酸式盐与其正盐混合,溶液中离子浓度的比较,注意水解程度的比较。
例5、(2004年高考上海卷)将标准状况下的2.24LCO2通入150mL 1mol/LNaOH溶液中,下列说法正确的是()
A.c(HCO3-)略大于c(CO32-) B.c(HCO3-)等于c(CO32-)
C.c(Na+)等于c(HCO3-)与c(CO32-)之和 D.c(HCO3-)略小于c(CO32-)
解析:将标准状况下的2.24LCO2通入150mL 1mol/LNaOH溶液中,所得Na2CO3与NaHCO3各0.05mol,但由于:CO32-+H2OHCO3-+OH-,故正确答案为A,由原子守恒可判断C错误,该溶液中离子浓度大小为:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)。
例6、(2008全国理综卷Ⅰ12题)已知乙酸(HA)的酸性比甲酸(HB)弱,在物质的量浓度均为0.1mol/L的NaA和NaB的混合溶液中,下列排序正确的是()
A. c(OH-)>c(HA)>c(HB)>c (H+) B. c(OH-)>c(A-)>c(B-)>c (H+)
C. c(OH-)>c(B-)>c(A-)>c (H+) D. c(OH-)>c(HB)>c(HA)>c (H+)
解析:因乙酸(HA)的酸性比甲酸(HB)弱,所以相同浓度的NaA和NaB溶液,NaA水解程度比NaB要大,则c(HA)>c(HB),由质子守恒得c(OH-)=c(HA)+c (H+),所以 c(OH-)>c(HA),水解呈碱性,c (H+)最小,所以答案为A。
三、不同溶液中同一离子浓度的比较
1、不同溶液中当含有相同的离子时,可对相同浓度的不同溶液中同一离子浓度进行比较。
例6、浓度相同的①NH4NO3 ②NH4HCO3 ③NH4HSO4 ④(NH4)2CO3 ⑤(NH4)2SO4溶液中,c(NH4+)的大小顺序为___________________.
解析:NH4+水解使溶液呈酸性,HCO3-水解使溶液呈碱性,HSO4-完全电离出H+,结合化学式中铵根离子的下标,所以 c(NH4+)的大小顺序为 :⑤>④>③>①>②
2、不同溶液中带某种电苛的离子总数的比较
例7、在溶质的物质的量相同的等体积的下列溶液中,阴离子总数由多到少的顺序是()
①CaCl2 ②Na2CO3 ③MgSO4
解析: 1molCaCl2电离出2molCl-,而1molNa2CO3和MgSO4分别电离出1mol阴离子,但CO32-+H2OHCO3-+OH-使阴离子数量增多,因此阴离子总数由多到少的顺序是①>②>③
四、不同溶液中离子总数量的比较
例8、已知HF的酸性比HCN的酸性强,现有物质的量浓度和体积均相同的NaF和NaCN两种溶液,已知前者溶液中的离子数目为n1,后者溶液中的离子数目为n2
⑴下列关系正确的是______
A.n1=n2 B.n1>n2 C.n1<n2 D.c(F-)>c(CN-)
⑵说明⑴选择的理由:__________________________.
解析:由HF的酸性比HCN的酸性强,则NaCN水解程度大于NaF,所以c(F-)>c(CN-),NaCN溶液的碱性大于NaF溶液,由电苛守恒得:c(F-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+), c(CN-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+),NaF溶液中c(H+)大于NaCN溶液中c(H+),c(Na+)相同,因此n1>n2 ,所以⑴答案为BD,⑵答案见解析。
总之,溶液中离子浓度的比较,注意首先搞清溶液溶质的成分,分清单一溶液和混合溶液,运用有关弱酸弱碱的电离和盐类水解的知识作答。