:酸碱性在离子浓度大小比较中的应用

酸碱性在离子浓度大小比较中的应用

离子浓度的大小比较，不仅可以考查溶解平衡、弱电解质的电离平衡、盐的水解平衡、酸碱中和滴定，而且还可以进行综合考查。近几年在各地高考试题中经常出现，考查形式也从利用电荷守恒、原子守恒(物料守恒)、质子守恒的角度比较转化到利用三种守恒关系进行综合考查。灵活利用溶液的酸碱性，很容易得出正确的结论。

一、在单一溶液中利用溶液的酸碱性比较离子浓度大小。

⑴在强碱弱酸盐或强酸弱碱盐溶液中，首先根据盐类水解的规律判断出溶液的酸碱性，然后结合溶液中电荷守恒，分析出溶液离子浓度大小。

例题1、在CH₃COOH溶液中加入一定量的NaOH溶液，恰好反应，对于生成的溶液中，下列判断正确的是(   )

A、C(CH₃COO^-)3COOH)  B 、C(CH₃COO^-)>C(Na⁺)

C 、C(OH^-)>C(CH₃COO^-)       D 、C(OH^-)3COO^-)

解析：CH₃COOH溶液中加入一定量的NaOH溶液恰好反应则生成CH₃COONa，而CH₃COONa溶液显碱性，故[OH^-]>[H⁺]；又因盐的水解是微弱的，所以C(CH₃COO^-)>C(CH₃COOH)。由电荷守恒[Na⁺]+[H⁺] =[CH₃COO^-]+[OH^-]，结合溶液的酸碱性可以得出离子浓度大小关系为：C(Na⁺)> C(CH₃COO^-)> C(OH^-)> C(H⁺)，故D正确

答案：D

⑵多元弱酸酸式盐溶液中，借助于溶液的酸碱性比较溶液中离子浓度大小。多元弱酸酸式盐溶液中，既有酸式酸根离子电离，又有酸式酸根离子的水解。溶液的酸碱性受弱酸根离子电离程度和水解程度的相对大小影响，因而不易确定。但是常见的有以下两种情况：①NaHSO₃、NaH₂PO₄等溶液显酸性，其酸式酸根离子的电离程度大于水解程度②NaHCO₃、NaHS、Na₂HPO₄等溶液显碱性，其酸式酸根离子电离程度小于水解程度。

例题2、下列溶液中有关物质的量浓度关系正确的是(  )

A、室温下，向0.1mol/LNH₄HSO₄溶液中滴加NaOH溶液至中性，

C(Na⁺)> C(SO₄^2-)> C(NH₄⁺)> C(OH^-)= C(H⁺)

B、0.1mol/L NaHCO₃中，C(Na⁺)> C(OH^-)>C(HCO₃^-)> C(H⁺)

C、NaHSO₃ 和NaHCO₃两溶液混合呈中性的溶液中：

C(Na⁺)= C(HSO₃^-)+ C(SO₃^2-) + C(HCO₃^-)+ C(CO₃^2-)

D、0.1mol/L的NaHA溶液，其PH=4，则C(HA^-)> C(H⁺)> C(H₂A)> C(A^2-)

解析：在A选项中，假设等物质的量NH₄HSO₄溶液和NaOH溶液混合，OH^-与H⁺恰好反应，则溶液中还有NH₄⁺，NH₄⁺水解溶液呈酸性，要使混合液显中性，则再加NaOH溶液，故NaOH的物质的量比NH₄HSO₄物质的量多，故C(Na⁺)> C(SO₄^2-)> C(NH₄⁺)> C(OH^-)= C(H⁺)A项正确。在B项中，因为盐的水解是微弱的，故C(HCO₃^-)> C(OH^-)B选项错误。在C项中，由物料守恒原子守恒可以得到：：C(Na⁺)= C(H₂SO₃)+C(HSO₃^-)+ C(SO₃^2-) + C(H₂CO₃)+ C(HCO₃^-)+ C(CO₃^2-)，故C项错误。在D项中，PH=4溶液呈现酸性，HA^-的电离大于水解，故C(A^2-)> C(H₂A)，故D错误

答案：A

二、在混合溶液中利用溶液的酸碱性比较离子浓度大小。

⑴弱酸与其正盐溶液等物质的量混合

弱酸与其正盐物质的量之比为1:1时，溶液的酸碱性与弱酸的电离程度与弱酸根离子的水解程度的相对大小有关系。也分为两种情况，①CH₃COOH与CH₃COONa等物质的量混合，其溶液呈现酸性，电离程度大于水解程度。②HCN与NaCN等物质的量混合，其溶液呈现碱性，电离程度小于水解程度。

例题3：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是                  (     ) 

A、C(HCN)< C(CN^-)          B、C(CN^-) > C(Na⁺)

C、C(HCN)- C(CN^-)= C(OH^-)   D、C(HCN)+ C(CN^-)=0.1mol/L

解析：此题HCN过量，反应后所得的溶液中含有等物质的量的HCN和NaCN，溶液中存在四种带电粒子，即Na⁺、CN^-、H⁺、OH^-。由于溶液显碱性C(OH^-)>C(H⁺),得CN^-的水解大于HCN的电离，C(HCN)>C(CN^-)，故A选项错误，因C(OH^-)>C(H⁺)结合电荷守恒得：C(Na⁺)>C(CN^-)，B选项错误。对于C选项，则根据电荷守恒C(Na⁺)+ C(H⁺)= C(OH^-)+ C(CN^-)和原子守恒2C(Na⁺)= C(HCN)+ C(CN^-)进行综合变形,得出：C(HCN)- C(CN^-)=2 C(OH^-)- 2C(H⁺)。故C选项错误。因两溶液是等体积混合，C(HCN)+ C(CN^-)之和等于混合前C(HCN)的1/2，即0.1mol/L，故D选项正确。

答案：D

⑵弱碱与其正盐溶液等物质的量混合时。其溶液的酸碱性也与弱碱的电离和弱碱阳离子的水解程度有关，我们常见的弱碱NH₃H₂O与 NH₄Cl等物质的量混合时，溶液呈碱性。NH₃H₂O电离大于NH₄⁺水解。其离子浓度大小关系为：C(NH₄⁺)> C(Cl^-)> C(OH^-)> C(H⁺)

⑶能发生反应的两个溶液等体积混合，结合反应后溶液的酸碱性比较离子浓度大小，常见的有以下四种情况

①PH=2 CH₃COOH与PH=12 NaOH等体积混合时，溶液中H⁺与OH^-恰好反应，但是CH₃COOH的电离是微弱的，存在大量的CH₃COOH分子，能够继续电离出大量的H⁺溶液显酸性。故离子浓度大小为：C(CH₃COO^-)> C(Na⁺) > C(H⁺) > C(OH^-)

②PH=2 HCl与PH=12 NH₃H₂O等体积混合就，溶液中H⁺与OH^-恰好反应，但是NH₃H₂O的电离是微弱的，存在大量的NH₃H₂O分子，能够继续电离出大量的OH^-溶液显碱性。故离子浓度大小为：C(NH₄⁺)> C(Cl^-)> C(OH^-)> C(H⁺)

③浓度相同的CH₃COOH与NaOH等体积混合，溶液恰好为CH₃COONa，离子浓度大小比较归纳为单一溶液即可。

④浓度相同的HCl与NH₃H₂O等体积混合，溶液恰好为NH₄Cl，溶液显酸性。结合电荷守恒，比较溶液得出。

例题4：在25℃将PH=11的NaOH溶液与PH=3的CH₃COOH溶液等体积混合后，下列关系正确的是（   ）

Ａ、C(Na⁺)= C(CH₃COO^-)+C(CH₃COOH)

Ｂ、C(H⁺)= C(OH^-)+C(CH₃COO^-)

Ｃ、C(Na⁺) >C(CH₃COO^-)> C(OH^-)> C(H⁺)

Ｄ、C(CH₃COO^-)>C(Na⁺)> C(H⁺) > C(OH^-)

解析：PH=11的NaOH溶液与PH=3的CH₃COOH溶液等体积混合后溶液溶液中H⁺与OH^-恰好反应，但是CH₃COOH是大量存在的，混合溶液的呈酸性，则C(H⁺) > C(OH^-)，由电荷守恒得，D选项正确。

A选项，CH₃COOH 的物质的量比NaOH的物质的量多，故A错误。
B选项中由电荷守恒知，B错误。

答案：D

三、酸碱性在离子浓度大小中的综合利用

   在比较复杂的离子浓度大小时，利用溶液的酸碱性，结合溶液中电荷守恒、原子守恒（物料守恒）、质子守恒，分析题目给定的浓度大小与三种守恒关系进行变形比对，想办法将三种守恒式子变形，消去中的离子，从而得出正确的离子浓度大小关系。

例题5：在下列溶液中给微粒的浓度关系正确的是：(   )

A、0.1mol/LNaHCO₃溶液中：

C(Na⁺)+C(H⁺)+C(H₂CO₃)=C(OH^-)+C(HCO₃^-)+ C(CO₃^2-)

B、0.1mol/LNaHCO₃溶液中：

C(H⁺)+ C(H₂CO₃)= C(OH^-) + C(CO₃^2-)

C、等体积、等物质的量浓度的NaX和弱酸HX混合后的溶液中：

C(Na⁺)>C(HX) >C(X^-)> C(H⁺) >C(OH^-)

D、25℃时，PH=4.75、浓度均为0.1mol/L的CHCOONa和CHCOOH混合溶液中：C(CHCOO^-)+C(OH^-) < C(CHCOOH) +C(H⁺) 

解析：在A项中，由电荷守恒可知C(Na⁺)+C(H⁺)=C(OH^-)+C(HCO₃^-)+2 C(CO₃^2-) ，假设A选项正确，则应该推出，C(H₂CO₃)= C(CO₃^2-)，因为NaHCO₃溶液显碱性：则水解大于电离，故C(H₂CO₃)> C(CO₃^2-),因而A不正确。应该为C(Na⁺)+C(H⁺)+C(H₂CO₃)>C(OH^-)+C(HCO₃^-)+ C(CO₃^2-)。B项中由电荷守恒可得：C(Na⁺)+C(H⁺)=C(OH^-)+C(HCO₃^-)+2 C(CO₃^2-)；由原子守恒可得：C(Na⁺)=C(H₂CO₃)+C(HCO₃^-)+ C(CO₃^2-)，两个式子整理消去C(Na⁺)可得：C(H⁺)+ C(H₂CO₃)= C(OH^-) + C(CO₃^2-)B选项正确。C项中NaX和弱酸HX混合后，溶液的酸碱性，不确定，故C项错误。D项中电荷守恒可得：C(Na⁺)+C(H⁺)= C(CHCOO^-)+C(OH^-)，由原子守恒可得：2C(Na⁺)= C(CHCOO^-)+C(CHCOOH)，两个式子消去C(Na⁺)可以得到： C(CHCOOH) +2C(H⁺)= C(CHCOO^-)+2C(OH^-)，因溶液PH=4.75, C(H⁺) >C(OH^-)，故C(CHCOO^-)+C(OH^-) > C(CHCOOH) +C(H⁺)，故D项错误。

答案：B

     总之，溶液中离子浓度的大小比较，应该结合溶液的酸碱性，盐的水解，弱电解质的电离，综合考虑。认真分析过程，细心分析正确的推导，定能够解好此类题目，得出正确的结论。