鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 揭秘索尔维制碱法和侯氏制碱法——化学平衡思想的创造性应用导学案

微专题7　溶液中离子浓度大小关系及应用

　电解质溶液中的三个守恒关系

(1)电荷守恒关系

电解质溶液中，不论存在多少种离子，溶液总是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数，如Na2SO3溶液中存在着Na＋、SO、H＋、OH－、HSO，它们存在如下关系：

c平(Na＋)＋c平(H＋)＝2c平(SO)＋c平(HSO)＋c平(OH－)。

(2)物料守恒关系

电解质溶液中，由于某些离子能水解或电离，离子种类增多，但原子总数是守恒的，如Na2SO3溶液中SO能水解，故硫元素以SO、HSO、H2SO3三种形式存在，它们之间的守恒关系为

c平(Na＋)＝2c平(SO)＋2c平(HSO)＋2c平(H2SO3)。

(3)质子守恒关系

质子守恒是指电解质在水溶液中发生电离、水解时，存在H＋的转移，在转移时，失去H＋的物质的量与得到H＋的物质的量是相等的。如Na2SO3溶液中有关系式：c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HSO)＋2c平(H2SO3)。

【例1】　在0.1 mol·L－1 Na2S溶液中存在着多种离子和分子，下列关系不正确的是(　　)

A．c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(HS－)＋c平(OH－)＋2c(S2－)

B．c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(HS－)＋c平(OH－)＋c(S2－)

C．c平(Na＋)＝2c(S2－)＋2c平(HS－)＋2c平(H2S)

D．c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HS－)＋2c平(H2S)

B　[在电解质溶液里由电荷守恒得：c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(HS－)＋c平(OH－)＋2c(S2－)，A项正确，B项错误；由物料守恒得：c平(Na＋)＝2c(S2－)＋2c平(HS－)＋2c平(H2S)，C项正确；由质子守恒得：c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HS－)＋2c平(H2S)，D项正确。]

1．在0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中，下列关系正确的是(　　)

A．c平(Na＋)＝2c平(CO)

B．c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HCO)＋c平(H2CO3)

C．c平(HCO)>c平(H2CO3)

D．c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(CO)＋c平(HCO)＋c平(OH－)

C　[碳酸根离子水解而钠离子不水解，所以c平(Na＋)>2c平(CO)，故A错误；碳酸根离子水解导致溶液呈碱性，碳酸根离子、碳酸氢根离子水解和水电离都生成氢氧根离子，只有水电离生成氢离子，所以溶液中存在质子守恒：c平(OH－)＝

c平(H＋)＋c平(HCO)＋2c平(H2CO3)，故B错误；碳酸根离子第一步水解程度远远大于第二步水解程度，所以c平(HCO)>c平(H2CO3)，故C正确；溶液中存在电荷守恒：c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(HCO)＋c平(OH－)＋2c平(CO)，故D错误。]

2．草酸是二元弱酸，草酸氢钾溶液呈酸性。在0.1 mol·L－1 KHC2O4溶液中，下列关系正确的是  (　　)

A．c平(K＋)＋c平(H＋)＝c平(HC2O)＋c平(OH－)＋c平(C2O)

B．c平(HC2O)＋c平(C2O)＝0.1 mol·L－1

C．c平(C2O)>c平(H2C2O4)

D．c平(K＋)＝c平(H2C2O4)＋c平(HC2O)＋2c平(C2O)

C　[根据电荷守恒有c平(K＋)＋c平(H＋)＝c平(HC2O)＋c平(OH－)＋2c平(C2O)，A错误；草酸氢钾溶液中存在H2C2O4、C2O、HC2O，根据物料守恒可知：c平(H2C2O4)＋c平(C2O)＋c平(HC2O)＝0.1 mol·L－1，B错误；草酸氢钾溶液呈酸性，说明HC2O的电离程度大于水解程度，则c平(C2O)>c平(H2C2O4)，C正确；根据物料守恒有c平(K＋)＝c平(H2C2O4)＋c平(HC2O)＋c平(C2O)，D错误。]

　离子浓度大小比较的常用方法

(1)多元弱酸溶液，根据多步电离分析，如在H3PO4溶液中：c平(H＋)>c平(H2PO)>c平(HPO)>c平(PO)。

(2)多元弱酸的正盐溶液，根据弱酸根的分步水解分析，如Na2CO3溶液中：c平(Na＋)>c平(CO)>c平(OH－)>c平(HCO)>c平(H＋)。

(3)混合溶液中各离子浓度的比较，根据电离程度、水解程度的相对大小综合分析。

①电离程度大于水解程度的有NH3·H2O和NH、CH3COOH和CH3COO－、HSO。如0.1 mol·L－1NH4Cl和0.1 mol·L－1的氨水混合溶液中，由于NH3·H2O的电离程度大于NH的水解程度，导致溶液呈碱性。溶液中各离子浓度的大小顺序为c平(NH)>c平(Cl－)>c平(OH－)>c平(H＋)。

②电离程度小于水解程度的有HCN和CN－、HCO和CO、HCO。

如0.1 mol·L－1的HCN和0.1 mol·L－1的NaCN混合溶液中：由于HCN的电离程度小于CN－的水解程度，导致溶液呈碱性。溶液中各离子浓度的大小顺序为c平(Na＋)＞c平(CN－)＞c平(OH－)＞c平(H＋)。

【例2】　已知HF和HCN都是一元弱酸，但Ka(HF)>Ka(HCN)。现有100 mL 0.1 mol·L－1 的NaF溶液和100 mL 0.1 mol·L－1的NaCN溶液，下列有关这两种溶液的说法中不正确的是(　　)

A．溶液pH：NaF<NaCN

B．溶液中弱酸分子浓度：c平(HF)>c平(HCN)

C．NaF溶液中：c平(HF)＝c平(OH－)－c平(H＋)

D．NaCN溶液中：c平(Na＋)＝c平(CN－)＋c平(HCN)

B　[因为Ka(HF)>Ka(HCN)，所以水解程度：NaF<NaCN，溶液pH：NaF<NaCN，溶液中弱酸分子浓度：c平(HF)<c平(HCN)，故A正确，B不正确；NaF溶液中存在：H2OH＋＋OH－、F－＋H2OHF＋OH－，根据质子守恒有

c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HF)，故C正确；NaCN溶液中存在物料守恒：c平(Na＋)＝c平(CN－)＋c平(HCN)，故D正确。]

1．将等体积的0.2 mol·L－1 CH3COONa溶液与0.1 mol·L－1 HNO3溶液混合，混合溶液中离子浓度由大到小顺序正确的是(　　)

A．c平(Na＋)>c平(CH3COO－)>c平(NO)>c平(OH－)>c平(H＋)

B．c平(Na＋)>c平(CH3COO－)>c平(NO)>c平(H＋)>c平(OH－)

C．c平(Na＋)＞c平(CH3COO－)＞c平(OH－)＞c平(NO)＞c平(H＋)

D．c平(CH3COO－)＞c平(Na＋)＞c平(H＋)＞c平(NO)＞c平(OH－)

B　[反应后溶液中溶质是CH3COONa、CH3COOH和NaNO3，且浓度都是0.05 mol·L－1，c平(Na＋)＝0.1 mol·L－1，c平(NO)＝0.05 mol·L－1，此时醋酸的电离程度大于醋酸钠的水解程度，故溶液中c平(CH3COO－)＞0.05 mol·L－1，c平(H＋)＞

c平(OH－)，故选B。]

2．在25 ℃时，pH＝11的NaOH溶液与pH＝3的CH3COOH溶液等体积混合后，下列关系式中正确的是(　　)

A．c平(Na＋)＝c平(CH3COO－)＋c平(CH3COOH)

B．c平(H＋)＝c平(CH3COO－)＋c平(OH－)

C．c平(Na＋)＞c平(CH3COO－)＞c平(OH－)＞c平(H＋)

D．c平(CH3COO－)＞c平(Na＋)＞c平(H＋)＞c平(OH－)

D　[pH＝11的NaOH溶液与pH＝3的CH3COOH溶液等体积混合，则醋酸过量，溶液中的离子浓度大小关系应为c平(CH3COO－)>c平(Na＋)>c平(H＋)>

c平(OH－)。]　

3．常温下，将Na2S和NaHS两种盐[设＝k，(0<k≤3)]溶于水得稀溶液，下列有关溶液中微粒的物质的量浓度关系中，正确的是    (　　)

A．若k＝1，则c平(S2－)>c平(HS－)>c平(OH－)>c平(H＋)

B．若k＝2，则c平(OH－)＝c平(H＋)＋c平(HS－)＋2c平(H2S)

C．k为任意值时：c平(Na＋)＋c平(H＋)＝c平(HS－)＋2c平(S2－)＋c平(OH－)

D．若满足3c平(H＋)＋2c平(HS－)＋5c平(H2S)＝3c平(OH－)＋c平(S2－)，则可确定k＝3

C　[k＝1时，S2－的水解程度大于HS－的电离和水解程度，故c平(HS－)>c平(S2－)>c平(OH－)>c平(H＋)，A错误；k＝2时，电荷守恒式为c平(Na＋)＋c平(H＋)＝

c平(HS－)＋2c平(S2－)＋c平(OH－)，物料守恒式为3c平(Na＋)＝5[c平(HS－)＋c平(H2S)＋c平(S2－)]，整理两式得3c平(OH－)＋c平(S2－)＝3c平(H＋)＋2c平(HS－)＋5c平(H2S)，B、D错误，C正确。]

根据离子浓度守恒关系判断大小问题，要抓住一个原理、两类平衡、三种守恒进行分析，即化学平衡移动原理，电离平衡和水解平衡，电荷守恒、物料守恒和质子守恒。若是“＝”考虑三种守恒，若是“>”或“<”可考虑弱电解质的电离或盐类的水解。