電解質(zhì)溶液中粒子濃度的大小比較問題,能有效地考查學(xué)生對強(qiáng)弱電解質(zhì)、電離平衡、水的電離、離子反應(yīng)、鹽類水解等基本概念的掌握程度及綜合運(yùn)用能力。現(xiàn)結(jié)合自己在教學(xué)過程中的一些體會來談解答此類問題的方法與策略。
一、基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)備
電解質(zhì)溶液中粒子濃度的大小比較問題,最常用到的知識點有弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解和電解質(zhì)溶液中的守恒關(guān)系。
1.弱電解質(zhì)電離的特點
(1)通常弱電解質(zhì)的電離程度都很小,未電離的分子遠(yuǎn)多于電離生成的離子。若考慮水的電離,則氨水中:c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(NH4+)>c(H+)
(2)多元弱酸的電離,分步進(jìn)行且逐級銳減,故以第一步電離為主。
2.鹽類水解的特點
(1)通常弱離子的單水解程度都很小,未水解的離子遠(yuǎn)多于水解生成的粒子。若考慮水的電離,則NH4Cl溶液中:c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(NH3·H2O)>c(OH-)
(2)多元弱酸根離子的水解,分步進(jìn)行且逐級銳減,故以第一步水解為主。
3.電離與水解程度的相對強(qiáng)弱
在多元弱酸的酸式鹽溶液中、等濃度的一元弱酸(或弱堿)與其對應(yīng)鹽的混合溶液中電離與水解是同時存在的,誰占優(yōu)勢,取決于電離與水解程度的相對大?。ㄒ话泐}示,但亦可根據(jù)Kh=Kw/Ki進(jìn)行判斷,若電離常數(shù)Ki>10-7,則水解常數(shù)Kh<10-7,即Kh (1)對多元弱酸的酸式鹽溶液來說,在NaHSO3、NaH2PO4等溶液中,以酸式根離子的電離為主,溶液呈酸性。其他中學(xué)常見的多元弱酸的酸式鹽溶液,一般以水解為主,溶液呈堿性。 (2)對等濃度的一元弱酸(或弱堿)與其對應(yīng)鹽的混合溶液來說,一般以弱酸(或弱堿)的電離為主。如等濃度的醋酸和醋酸鈉的混合液,以醋酸的電離為主,溶液呈酸性。 4.電解質(zhì)溶液中的守恒關(guān)系 (1)電荷守恒:電解質(zhì)溶液中所有陽離子所帶的正電荷數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷數(shù)相等。如NaHCO3溶液中n(Na+)+n(H+)=n(HCO3-)+2n(CO32-)+n(OH-),則c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-) (2)物料守恒:電解質(zhì)由于電離或水解而轉(zhuǎn)化為其他離子或分子時,離子或分子中某特定元素的原子總數(shù)保持不變。如NaHCO3溶液中n(Na+)=n(C),則c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3) (3)質(zhì)子守恒:電解質(zhì)溶液中分子或離子得到或失去質(zhì)子(H+)的物質(zhì)的量應(yīng)相等。如在NH4HCO3溶液中H3O+(即H+)、H2CO3為得到質(zhì)子后的產(chǎn)物;NH3·H2O、OH-、CO32-為失去質(zhì)子后的產(chǎn)物,故有以下關(guān)系:c(H3O+)+c(H2CO3)=c(NH3·H2O)+c(OH-)+c(CO32-)(也可通過電荷守恒和物料守恒來推導(dǎo))。 二、解題策略的形成 解題時應(yīng)養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的好習(xí)慣。首先應(yīng)找出溶液中存在的全部電離和水解過程,并理清主要和次要過程,然后確定溶液中存在的微粒種類,最后判斷粒子濃度的大小(一般主要過程產(chǎn)生的粒子濃度較大,多個過程產(chǎn)生的粒子比單個過程產(chǎn)生的粒子濃度大)。下面通過例題來加以嘗試說明。 例1.比較H2S溶液中離子濃度的大小 解析:此為多元弱酸溶液,先找出全部的電離過程,并按1(2)理清主次。H2S?葑HS-+H+(主),HS-?葑S2-+H+(次),H2O?葑H++OH-(次),結(jié)合1(1)通過觀察即可得出離子濃度由大到小的順序為c(H+)>c(HS-)>c(S2-)>c(OH-)。 例2.比較Na2S溶液中離子濃度的大小 解析:此為多元弱酸的正鹽溶液,先找出全部的電離和水解過程,并結(jié)合2(2)理清主次。Na2S?葑2Na++S2-(主),S2-+H2O?葑HS-+OH-(主),HS-+H2O?葑H2S+OH-(次),H2O?葑H++OH-(次),結(jié)合2(1)通過觀察即可得出離子濃度由大到小的順序為c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)> c(HS-)>c(H+)。 例3.0.1 mol·L-1 KHS溶液中下列表達(dá)式不正確的是(?。?/p> A.c(K+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-) B.c(K+)>c(HS-)>c(OH-)>c(S2-)>c(H+) C.c(HS-)+c(S2-)+c(H2S)=0.1 mol·L-1 D.c(K+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H2S)>c(H+) 解析:此為多元弱酸的酸式鹽溶液,先找出全部的電離和水解過程,并結(jié)合3(1)理清主次。KHS?葑K++HS-(主),HS-+H2O?葑H2S+OH-(主),HS-?葑S2-+H+(次),H2O?葑H++OH-(次),結(jié)合2(1)通過觀察即可得出離子濃度由大到小的順序為c(K+)>c(HS-)>c(OH-)> c(H2S)>c(H+)>c(S2-),故B錯,D對;由等式兩邊的粒子種類可知,A為電荷守恒式,B為物料守恒式,由4(1)可知A對;由4(2)可知C對;答案選B。 例4.在25℃時,將pH=11的NaOH溶液與pH=3的CH3COOH溶液等體積混合后,下列關(guān)系式中正確的是(?。?/p> A.c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH) B.c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-) C.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+) D.c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-) 解析:根據(jù)1(1)可知,未電離的醋酸濃度遠(yuǎn)大于0.001 mol/L,故混合后溶液中CH3COOH濃度遠(yuǎn)大于CH3COONa,溶液顯酸性。以CH3COOH電離為主,忽略CH3COONa水解,則溶液中存在的電離和水解過程,以及主、次關(guān)系如下:CH3COONa?葑CH3COO-+Na+(主),CH3COOH?葑CH3COO-+H+(主),H2O?葑H++OH-(次),通過觀察即可得出離子濃度由大到小的順序為c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),即C錯,D對。由等式兩邊的粒子種類可知,A為物料守恒式,B為電荷守恒式,由溶液組成可知A錯;由4(1)可知B錯;答案選D。 (作者單位 江西省婺源縣天佑中學(xué))