Question

8．在含有弱電解質(zhì)的溶液中，往往有多個化學平衡共存．
（1）一定溫度下，向1L 0．l mol/L-1 CH₃ COOH溶液中加入0.1molCH₃COONa固體，溶液中$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$不變（填“增大”、“減小”或“不變”）；寫出表示該混合溶液中所有離子濃度之間的一個等式c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺）．
（2）土壤的pH一般在4-9之間．土壤中Na₂CO₃含量較高，pH可以高達10.5，試用離子方程式解釋土壤呈堿性的原因，加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤堿性降低，有關(guān)反應的化學方程式為Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O
（3）常溫下在20ml 0.1mo l•L^-1 Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol•L^-1 HC1溶液40mL，溶液中含碳元素的各種微粒（CO₂）因逸出未畫出）物質(zhì)的量分數(shù)隨溶液pH變化的情況如圖所示．
回答下列問題：
①在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能（填“能”或“不能”）大量共存；
②當pH=7時，溶液中含碳元素的主要微粒為HCO₃^-、H₂CO₃，溶液中各種離子的物質(zhì)的量濃度的大小關(guān)系
為c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺）；
③已知在25℃時，CO₃^2-水解反應的平衡常數(shù)即水解常數(shù)K_h=2×10^-4mol•L^-1，當溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時，溶液的pH=10．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)稀釋后溶液中存在的電離平衡的移動來回答，溶液中存在電荷守恒；
（2）Na₂CO₃為強堿弱酸鹽，水解顯堿性；加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤堿性降低是鈣離子結(jié)合碳酸根離子生成碳酸鈣沉淀水解平衡逆向進行；
（3）常溫下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反應生成碳酸氫鈉，再與鹽酸反應生成二氧化碳、水，
①根據(jù)圖2可知，pH=8時只有碳酸氫根離子，pH大于8時存在碳酸根離子和碳酸氫根離子離子，pH小于8時存在碳酸和碳酸氫根離子，在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能共存；
②pH=7時，溶液中溶質(zhì)為碳酸氫鈉、氯化鈉及碳酸，存在的離子主要為：H₂CO₃、HCO₃^-，溶液顯示中性，c（H⁺）=c（OH^-），根據(jù)電荷守恒判斷溶液中各離子濃度大小關(guān)系；
③根據(jù)水解常數(shù)計算c（OH^-），由根據(jù)水的離子積Kw計算c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算．

解答 解：（1）向1L 0.1mol•L^-1CH₃COOH溶液中加入0.1mol CH₃COONa固體，則溶液中醋酸濃度，醋酸根離子濃度均增大，比值$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$為醋酸的電離平衡常數(shù)，平衡常數(shù)只隨溫度變化，不隨濃度變化，比值不變，此時溶液中存在電荷守恒：c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺），
故答案為：不變；c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺）；
（2）土壤的pH一般在4-9之間．土壤中Na₂CO₃含量較高，pH可以高達10.5，用離子方程式解釋土壤呈堿性的原因是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤堿性降低，有關(guān)反應的化學方程式為：Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O；
（3）常溫下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反應生成碳酸氫鈉，再與鹽酸反應生成二氧化碳、水，
①由反應及圖象可知，在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能大量共存，
故答案為：不能；
②由圖象可知，pH=7時，c（OH^-）=c（H⁺），溶液中含碳元素的主要微粒為HCO₃^-、H₂CO₃，電荷守恒可知c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），則c（Na⁺）＞c（Cl^-），因HCO₃^-水解，則c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺），
故答案為：HCO₃^-、H₂CO₃；c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺）；
③CO₃^2-的水解常數(shù)K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=2×10^-4，當溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1時，c（OH^-）=10^-4mol/L，由Kw可知，c（H⁺）=10^-10mol/L，所以pH=10，故答案為：10．

點評 本題考查較綜合，涉及鹽類的水解、弱電解質(zhì)的電離及溶液中酸堿之間的反應，題目難度中等，綜合考查學生分析問題、解決問題的能力，注重能力的考查．