定量思維在離子濃度比較中的應用

易傳波

本文對定量思維在離子濃度比較中的應用進行歸類分析。

一、比值關系

依據：一定溫度下，水的離子積常數Kw、弱酸（弱堿）電離平衡常數Ka（Kb）、鹽的水解平衡常數Kh等是一定值。

思路 抓住Kw、Ka、Kb、Kh在一定溫度下是定量，利用條件改變引起平衡體系中某一個量的變化來確定某比值的變化趨勢。

例1 （1）CH3COOH溶液加水稀釋后，溶液中的c（CH3COOH）c（CH3COO-）值將如何變化？

（2）常溫下，NH4Cl溶液加水稀釋，溶液中的c（NH3·H2O）c（NH+4）c（OH-）值將如何變化？

解析 （1）CH3COOH溶液中存在電離平衡CH3COOHCH3COO-+H+，加水稀釋時平衡正向移動，c（H+）減小。

因Ka=c（H+）c（CH3COO-）c（CH3COOH）

，則c（CH3COOH）c（CH3COO-）=c（H+）Ka，溫度不變，則平衡常數Ka不變，故c（CH3COOH）c（CH3COO-）值將變小。

（2）溶液中存在水解平衡NH+4+H2ONH3·H2O+H+，Kh=c（NH3·H2O）c（H+）c（NH+4），在一定溫度下是定值，c（NH3·H2O）c（NH+4）c（OH-）=c（NH3·H2O）c（H+）c（NH+4）c（OH-）c（H+）=KhKw，故該比值不變。

二、大小關系

依據 溶液中物質發生水解與電離的主次之分；電荷守恒、物料守恒。

思路 某些物質在溶液中存在水解與電離兩個過程，解題中要分清主次、找準來源。對于單一酸式鹽溶液中的微粒大小關系，要分析水解和電離程度的相對大小，結合電荷守恒作為解題重要依據；對于混合溶液中微粒大小關系，首先分析溶液的酸堿性，比較c（H+）與c（OH-）的相對大小，再依據電荷守恒、物料守恒等判定其它粒子的濃度大小。

例2 常溫下，下列溶液中的微粒濃度關系正確的是（ ）。

A.在0.1 mol·L—1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO-3） >c（OH-）>c（CO2-3）>c（H2CO3）

B.向飽和氯水中加入NaOH溶液至pH=7，所得溶液中：

c（Na+）>c（ClO-）>c（Cl-）>

c（OH-）

C.pH=9.4、濃度均為0.1 mol·L-1的HCN與NaCN的混合溶液中：

c（Na+）>c（CN-）>c（HCN）>c（OH-）

D.0.1 mol·L-1 CH3COONa 溶液與0.05 mol·L-1鹽酸等體積混合后的酸性溶液中：

c（CH3COO-）>c（Cl-）>c（CH3COOH）>c（H+）

解析 A選項中，NaHCO3溶液中存在兩個平衡：HCO-3+H2OH2CO3+OH-，HCO-3H++CO2-3，溶液顯堿性，即c（OH-）>c（H+）可定量判斷c（H2CO3）>c（CO2-3）；再結合水的電離，可定量判斷NaHCO3溶液中存在：c（Na+）>c（HCO-3）>c（OH-）>c（H2CO3）>c（H+）>c（CO2-3），A錯誤。

B選項，氯水中存在Cl2+H2OHCl+HClO，

物料守恒可知：c（Cl-）=c（ClO-）+c（HClO），加入NaOH溶液至pH=7，c（H+）=c（OH-），由電荷守恒c（Na+）+c（H+）=c（Cl-）+c（ClO-）+c（OH-）再定量判斷c（Na+） >c（Cl-）>c（ClO-）>c（OH-），B錯誤。C選項，

濃度均為0.1 mol·L-1的HCN與NaCN的混合溶液

，pH=9.4溶液為堿性，以水解平衡為主，故c（HCN）>c（Na+）>c（CN-）>c（OH-），C錯誤。

D選項，混合后溶液中含等量的NaCl、CH3COOH及CH3COONa溶液顯酸性，以CH3COOH電離為主，則c（CH3COO-）>c（CH3COOH），即c（CH3COO-）>c（Cl-）>c（CH3COOH）>c（H+），D選項正確。

三、等式關系

依據 電荷守恒、物料守恒、質子守恒。

思路 判斷離子濃度大小的關系，可以依據題目的要求，依次通過溶液的酸堿性、電荷守恒式、物料守恒式、質子守恒式展開逐一分析得出結論。

例3 常溫下，下列溶液中的微粒濃度關系正確的是（ ）。

A.0.1 mol·L-1 Na2SO3通入少量SO2：

c（Na+）=2＼[c（HSO-3）+c（SO2-3）+c（H2SO3）＼]

B.1 L 0.1 mol·L-1 （NH4）2Fe（SO4）2溶液中：

c（NH+4）+c（Fe2+）+c（H+）=c（OH-）+c（SO42-）

C.pH=11的氨水與pH=3的鹽酸等體積混合： c（Cl-）=c（NH+4） >c（OH-）=c（H+）

D.0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液與0.1 mol·L-1 NaOH溶液等體積混合：

2c（H+）-2c（OH-）=c（CH3COO-）-

c（CH3COOH）

解析 Na2SO3溶液中存在物料守恒：

c（Na+）=2＼[c（HSO-3）+c（SO2-3）+c（H2SO3）＼]， 向Na2SO3溶液中通入少量SO2后，S元素物質的量增加，上述物料守恒式不再成立，

故選項A錯誤。

（NH4）2Fe（SO4）2溶液中電荷守恒式為：

c（NH+4）+2c（Fe2+）+c（H+）=c（OH-）+2c（SO42-），故選項B錯誤。

pH=11的氨水與pH=3的鹽酸等體積混合，氨水過量，

溶液顯堿性，選項C錯誤。

D選項，混合溶液為物質的量比為1∶1的CH3COOH與CH3COONa，由電荷守恒式c（H+）+c（Na+）=c（CH3COO-）+c（OH-）和物料守恒2c（Na+）=c（CH3COOH）+c（CH3COO-）得出質子守恒：2c（H+）+c（CH3COOH）=c（CH3COO-）+2c（OH-），故正確答案為D。

在試題中出現定量分析歸根到底是源于化學基礎知識的熟練掌握和技能技巧的靈活運用，通過思維的敏捷性、嚴密性等，才能正確思考、快速答題。

（收稿日期：2017-05-05）endprint