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巧妙规划盐溶液 灵活智解微粒题

2018-09-15李刘琴

考试周刊 2018年79期
关键词:盐溶液计算

摘 要:电解质溶液中各粒子浓度的计算,是高中化学学习的重点,由于此类题型种类繁多,计算公式大的特点,所以,此知识点的讲解也给老师带来很大的困难。本论文主要对各类盐溶液中各微粒的计算进行讲解。

关键词:盐溶液;微粒浓度;计算

微粒浓度的计算问题,是学生学习的重难点,也是老师教学的难点。其中盐溶液中微粒浓度的计算是本类题目中较复杂的一类,本文主要对多元弱酸的正盐溶液、多元弱酸的酸式盐、弱酸弱碱的盐溶液中微粒浓度的计算进行总结。

一、 多元弱酸的正盐溶液

多元弱酸的正盐指的是:此正盐由酸根和金属离子组成,且该盐弱酸根形成的弱酸为多元弱酸。当该正盐溶解在水中时,由于弱酸是弱电解质,在水中会发生解离,因此,微粒浓度的计算问题相对较为复杂。

例1 某Na2CO3盐溶液的浓度为0.100 mol/L,计算此溶液中各微粒的浓度大小(水分子的浓度除外)。

分析:当Na2CO3溶解在水中时,会电离为Na+离子和CO2-3离子,由于CO2-3离子是弱电解质,水解为HCO-3离子,HCO-3离子又会水解为H2CO3分子。对于CO2-3离子有:Kb1=1.8×10-4,Kb2=2.3×10-8。

解:c/Kb1=5.6×102>500,因此,可以用近似公式计算c(OH-)=1.8×10-4-4×0.100=4.2×10-3mol/L,又因为碳酸氢根与氢氧根的浓度近似相等,所以c(HCO-3)≈4.2×10-3mol/L,

又因为[c(OH-)×c(H2CO3)]/c(HCO-3),所以碳酸分子和Kb2的值近似相等,为2.3×10-8,那么,c(CO-3)=0.100-4.2×10-3=9.58×10-2mol/L,c(H-)=Kw/c(OH-)=2.38×10-12mol/L。

评注:碳酸根离子在水中会发生两步水解,由于第二步水解程度很弱,因此计算的时候可以忽略不计。酸式盐溶液中微粒浓度的计算问题,是高中的必学知识,由于这类题目的计算量较大,因此,在计算过程中需要根据具体情况具体分析。

二、 多元弱酸的酸式盐

多元弱酸的酸式盐是指多元弱酸与碱中和时没有完全中和,即盐溶液中还有可以电离出来的氢离子。由于酸式盐中既存在酸根的电离,又存在酸根的解离,因此在计算溶液中微粒浓度时,考虑的情况更多。具体计算要根据题目而定。

例2 现有一瓶浓度为0.100 mol/L的碳酸氫钠溶液,已知(Ka1=4.2×10-7,Ka2=5.6×10-11),求溶液中除水分子以外的微粒浓度。

分析:因为碳酸氢钠的浓度远大于Ka1,Ka2与浓度的乘积大于Kw,c>10Ka1,根据以上条件,本题可以使用近似公式计算。

解:c(H+)=Ka1×Ka2=4.2×10-7×5.6×10-11=4.85×10-9mol/L,根据离子积常数可知,c(OH-)=Kw/c(H+)=1.0×10-14/4.85×10-9=2.1×10-6mol/L,由于碳酸氢根的水解和解离都很微弱,因此,碳酸氢根的量基本等于碳酸氢钠的量,c(HCO-3)≈c(NaHCO3)=0.100 mol/L,根据碳酸氢根的解离公式可知,c(CO2-3)=Ka2×c(HCO-3)c(H+)=5.6×10-11×0.100/(4.85×10-9)=1.16464×10-3mol/L,同理,根据碳酸分子的解离公式可知,c(H2CO3)=c(H+)×c(HCO-3)Ka1=4.85×10-9×0.100/(4.2×10-7)=1.15476×10-3mol/L。

评注:多元弱酸盐的溶液中,由于酸根既存在水解又存在解离情况,因此,考查微粒浓度时,比正盐更复杂一些,若Ka2×cKw,则氢离子需要精确公式,即c(H+)=Ka2×Ka1×c/(Ka1+c),

若cKa1,则可用近似公式:c(H+)=Ka1×Ka2。当水的电离可忽略时,且物质不是很稀,如果c≥10Ka1时,可用近似公式,反之,用精确公式。

三、 弱酸弱碱盐的溶液

弱酸弱碱盐的溶液中,弱酸部分结合水中的氢离子,弱碱部分则结合水中的氢氧根,生成两种弱电解质。此种盐溶液中的微粒情况,是所有电解质溶液中微粒情况最为复杂的一种,解答本类计算题时,需要分步解析。若满足条件可用,近似公式计算,若不能满足则需要精确公式计算。应用精确公式时,计算量相对较大,因此,在解题过程中应仔细认真。

例3 计算0.100 mol/LCH3COONH4的溶液中,除水分子浓度外的各微粒的浓度。(Ka=1.8×10-5,Kb=1.8×10-5,Ka′=Kw/Kb=5.6×10-10)。

分析:本题中醋酸铵的浓度为0.100 mol/L远大于Ka,Ka′×cKw,又因为,c>10Ka,所以本题可用近似公式计算,氢氧根的浓度可以根据离子积公式得到。计算醋酸根与氨根的浓度时,其离子的解离可忽略不计。

解:根据题目满足的条件,氢离子浓度可近似计算,c(H+)=Kw×1=1×10-14=1×10-7mol/L,c(OH-)=Kw/c(H+)=1×10-7mol/L,c(CH3COO-)≈c(NH4)≈0.100 mol/L,c(CH3COOH)=c(H+)×c(CH3COO-)Ka=107×0.100÷(1.8×10-5)=5.6×10-4mol/L,

c(NH3·H2O)=Ka′×c(NH4)c(H+)=5.6×10-10×0.100÷(1×10-7)=5.6×104mol/L。

评注:对于弱酸弱碱盐的溶液求粒子浓度的计算题较复杂,因为此盐溶液在水中会发生双水解反应。在进行计算解析时,需根据已知条件分步讨论,看是否可以使用近似公式计算,若可以则可以大大缩短计算过程;若不可以,则需根据准确公式计算,使用准确公式时需仔细认真避免出错。

综上所述,盐溶液微粒浓度的计算,是有关“电离平衡”计算的一类典型题型。解决这类计算题时需要考虑多种情况,且一般情况下,计算量很大,往往使得学生产生畏惧心理,最后放弃。因此,做好此类问题的汇总工作很重要。

作者简介:

李刘琴,云南省红河哈尼族彝族自治州,云南省红河州绿春县第一中学。

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