Question

16．常溫下，H₂SO₃的電離常數(shù)K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-8；H₂CO₃的電離常數(shù)K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同學(xué)設(shè)計實驗驗證H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃；將SO₂和CO₂氣體分別通入水中至飽和，立即用pH計測量溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃．
（1）該實驗設(shè)計不正確，錯誤在于用于比較pH的兩種酸的物質(zhì)的量濃度不相等．
（2）設(shè)計合理實驗驗證H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃．可供選擇的試劑：1mol•L^-1Na₂CO₃、1mol•L^-1NaHCO₃、1mol•L^-1Na₂SO₃、1mol•L^-1NaHSO₃、pH計．
簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論配制相同物質(zhì)的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃．
（3）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，寫出少量的SO₂氣體通入Na₂CO₃溶液中的化學(xué)方程式SO₂+H₂O+2Na₂CO₃=2NaHCO₃+Na₂SO₃．
（4）Na₂CO₃溶液俗稱純堿，用離子方程式表示其原因CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，并計算該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為2.13×10^-4．

Answer 1

分析 （1）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強(qiáng)弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設(shè)計不正確；
（2）要檢驗酸性強(qiáng)弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應(yīng)的強(qiáng)堿鹽就越易水解），也可以利用較強(qiáng)的酸制取較弱的酸來檢驗；
（3）少量的SO₂氣體通入Na₂CO₃溶液中反應(yīng)生成碳酸氫鈉和亞硫酸鈉；
（4）Na₂CO₃是強(qiáng)堿弱酸鹽，CO₃^2-水解導(dǎo)致溶液呈堿性；平衡常數(shù)K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$．

解答 解：（1）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強(qiáng)弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設(shè)計不正確，
（2）要檢驗酸性強(qiáng)弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應(yīng)的強(qiáng)堿鹽就越易水解），也可以利用較強(qiáng)的酸制取較弱的酸來檢驗故答案為：用于比較pH的兩種酸的物質(zhì)的量濃度不相等，配制相同物質(zhì)的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃．
故答案為：配制相同物質(zhì)的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃；
（3）少量的SO₂氣體通入Na₂CO₃溶液中反應(yīng)生成碳酸氫鈉和亞硫酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO₂+H₂O+2Na₂CO₃=2NaHCO₃+Na₂SO₃，
故答案為：SO₂+H₂O+2Na₂CO₃=2NaHCO₃+Na₂SO₃；
（4）Na₂CO₃是強(qiáng)堿弱酸鹽，CO₃^2-水解導(dǎo)致溶液呈堿性，水解離子方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
平衡常數(shù)K=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{4.7×1{0}^{-11}}$=2.13×10^-4，
故答案為：2.13×10^-4．

點評 本題考查了弱電解質(zhì)電離平衡影響因素、鹽類水解、平衡常數(shù)計算等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．