同濃度NaHA 溶液中HA-離子濃度大小比較

2015-02-15 14:00:22李彪

新課程(下) 2015年8期

李彪

（浙江省長興縣太湖高級中學）

近幾年高考對于弱酸的酸式鹽中離子濃度考查和判斷是重點，在高中化學教學中，溶液中離子濃度的大小判斷既是教學的重點也是難點，很容易出錯。對于相同濃度的NaHCO3和NaHSO3溶液而言，C（HCO3-）和C（HSO3-）的相對大小，是難以判斷的，但確有大小之分，從電離或水解兩方面同時考慮平衡狀態，都難以輕易得出結論，原因在于兩者的常數大小無定量的確定關系，若進行復雜的計算能得出兩者溶液中的HA-離子濃度，但對學生來說不切實際，操作性也不強。

一、問題提出

在相同濃度中的NaHCO3和NaHSO3溶液中，C（HCO3-）和C（HSO3-）相對大小如何比較？僅從定性方面考慮，似乎難以解決。

原因如下：

對于NaHA 而言，存在如下電離和水解兩個平衡：

對于具體的NaHCO3和NaHSO3溶液而言，由于電離和水解程度不一樣，難以簡單地認為以水解為主還是電離為主來思考問題。

我們經常對學生講NaHSO3溶液顯酸性，一般認為以電離為主，其電離常數為K2（亞硫酸）=6.3×10-8。NaHCO3溶液為堿性，一般認為以水解為主，其水解常數為Kh=KW/K1（碳酸）=2.22×10-8

假如以上述常數大小為依據，得出NaHSO3溶液中的C（HSO3-）小于相同濃度的NaHCO3的C（HCO3-）的結論，顯然是魯莽和草率的。

因為這里并沒有同時考慮兩種溶液中的電離和水解，只是考慮了其中主要的電離和水解，這里也許會出現“誤差”，而得到相反的結論。

查有關資料

碳酸的K1＝4.30×10-7K2＝5.61×10-11

亞硫酸的K1＝1.54×l0-2K2＝1.02×l0-7

通過純粹的有關計算得到：0.1mol/L 的NaHCO3中的C（HCO3-）=0.0977666，0.1mol/L 的NaHSO3中的C（HSO3-）=0.0994866。

顯然，和以上討論矛盾。

（以上計算基于Wolfram Mathematica 8 平臺，計算方法如下）

附：計算方法

其中設碳酸氫鈉為0.1mol/L，x 為碳酸根離子濃度、a 為氫離子濃度、b 為氫氧根離子濃度、鈉離子濃度為0.1，碳酸氫根離子濃度為y，碳酸濃度為z。

同樣可以計算NaHSO3各粒子濃度大小。

二、分析和解決問題

那么到底應該怎樣去比較相同濃度中的NaHCO3和NaHSO3溶液中C（HCO3-）和C（HSO3-）大小。

顯然，我們必須同時考慮其電離和水解，但復雜的計算，采用計算機輔助計算也是不現實、不切實際的。

水解的本質是弱酸的陰離子或弱堿的陽離子結合了水電離出來的H+或OH-，在NaHA 溶液中，HA-離子實際上不但可以去結合水電離出來的H+，也可以去結合HA-本身電離出來的H+，由于HA-的電離程度遠遠大于水的電離常數（在稀溶液中，水的電離常數實際上只有10-14/55.6=1.8×10-16，遠遠小于一般二元弱酸的二級電離常數，如碳酸的K2=5.61×10－11，兩者比較，相差5 個數量級），所以，HA-更“愿意”也更“喜歡”去結合本身電離出來的H+。

故考慮HA-離子的自偶電離更為合理，情景如下：

HA-+HA-?H2A+A2-（同時忽略HA-+H2O?H2A+OH-的水解平衡）

當我們考慮HA-+HA-=H2A+A2-時，就忽略了水的電離，從誤差理論分析上看，以上的處理方式方法是合理的，可信的。

鑒于此，研究NaHCO3和NaHSO3溶液中，C（HCO3-）和C（HSO3-）大小就轉變為研究以下轉化程度的大小：