比较微粒浓度的基石

比较微粒浓度的基石—溶液中的等式与不等式毕传学比较溶液中分子、离子浓度大小是高考化学的热考题，也是很多考生最常见的失分点之一。不少同学视此类问题为畏途的根本原因，在于不能从本源上理解这些等式、不等式是怎样建立起来的？头脑中缺少解决这类题的知识储备，解题时没有比较微粒浓度大小的依据，其结果自然是解题速度慢且准确率低。教学中，笔者通过本文所述方法引导学生追根溯源，找出建立溶液中微粒浓度大小关系的理论依据，提炼出解决这一问题最重要的“三个等式”和“三个不等式”，只要学生理解和掌握了溶液中这一“万变不离其宗”的规律，解题时便可将每一道题对号入座地进行归类，从而游刃有余地解答此类试题。学生反映这种方法易懂好用，特推荐给同行。一、溶液中的三个等式下面以Na2CO3溶液和CH3COONa溶液为例，帮助同学们理解溶液中的等式是怎样建立起来的。从溶质角度建立等式(物料守恒)Na2CO3晶体中，Na+个数是CO：-个数的2倍，即n(Na+)=2n(CO32-)o当Na2CO3接触到水时，水中存在H+和OH-，Na+不与H+、OH-反应，仍以钠离子形式存在。而CO：-虽不会与OH-作用，但会结合水中的H+(即水解)而部分转化为HCO3-、H2CO3，根据CO32-守恒，将溶液中未水解的CO32-加上水解生成的HCO3-和H2CO3即为原晶体中总的CO32-(水解生成的HCO3-加上水解生成的H2CO3等于水解消耗的CO32-，即HCO3-和H2CO3可看成是原来晶体中发生了水解的那部分CO32-的"替身")。根据Na2CO3晶体中n(Na+)=2n(CO32-)，可知：n(Na+)=2{n(CO32-)+n(HCO3-)+n(H2CO3)}，式中所有微粒都在同一溶液中，故可改写为：[Na+]=2{[CO32-]+[HCO3-]+[H2CO3]}……(I)上述分析过程可表示为：晶体中n(Na+)=2n(CO32-)Na2CO3遇水后HCO3-CO32-H2CO3溶液中[Na+]=2{[CO32-]+[HCO3-]+[H2CO3]}根据以上分析，我们不难写出CH3COONa溶液中，从溶质CH3COONa角度出发建立起来的等式为：[Na+]=[CH3COO-]+[CH3COOH]。从溶剂角度建立等式(质子守恒)纯水中，H+个数与。田个数相等，即n(H+)=n(OH-)o当水接触到Na2CO3时，水中的OH-与Na+、CO32-不反应，仍以OH-形式存在。水中的H+则有部分转化成HCO「H2C。3，根据小守恒，将未反应的H+加上水解生成的HCO3-、H2CO3中的氢原子，即为水电离出来的所有氢离子(注意：H2CO3所含的H数是H2CO3数的2倍）。根据纯水中n（H+）=n（OH-），可知：n（H+）+n（HCO3-）+2n（H2CO3）=n（OH-），式中所有微粒都在同一溶液中，故可改写为:[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]=[OH-]……（II）上述分析过程可表示为：纯水中n(H+)=n(OH-)水遇Na2CO3后HCO-=^H+=^HCO32——3溶液中[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]=[OH-]根据以上分析，我们不难写出CH3COONa溶液中，从溶剂H2O角度出发建立起来的等式为：[OH-]=[H+]+[CHCOOH]。3从溶液角度建立等式（电荷守恒）溶液是电中性的，即阳离子所带的正电荷数等于阴离子所带的负电荷数°Na2CO3溶液中，带正电荷的离子有Na+、H+，带负电荷的离子有CO：-、HCO3-和OH-（注意：CO：-所带负电荷数为CO32-数的2倍），根据电荷守恒和所有离子都在同一溶液中可知：[Na+]+[H+]=2[CO32-]+[HCO3-]+[OH-]……（ffi）CH3COONa溶液中：[Na+]+[H+]=[CH3COO-]+[OH-]溶液由溶质和溶剂组成，因此，从上述三个角度中任何两个角度建立起来的等式都可推导出第三个角度建立起来的等式，例如，由（I）式加（II）式可得到（口1）式。练习1：请按上述思路，写出NaHCO3溶液中的三个等式。二、溶液中的三个不等式下面以在盐酸中滴入氨水为例，谈谈该操作过程所得溶液中的三个典型不等式。1.刚好反应生成盐此时，盐酸与氨水等物质的量反应，所得溶液为NH4C1溶液。NH4+与水电离出来的OH-结合成弱碱NH3・H2O,故所得溶液中[C1-]>[NH4+]，[H+]>[OH-]。又NH4+的水解是微弱的，达到水解平衡时[NH+]仍然较大，故有：[C1-]>[NH+]>[H+]>[OH-]44溶液刚好为中性此时所得溶液为NHC1和稍过量氨水的混合溶液。据溶液电中性，可知：4[H+]+[NH4+]=[OH-]+[C1-]，又[H+]司OH-]，故有：[C1-]=[NH4+]>[H+]=[OH-]碱（或酸）明显过量此时溶液中氨水已明显过量，考查时最常见的情况是过量的氨水浓度与NH、C1溶液的浓4度相等。此时，由于NH3-H2O的电离大于NH4+的水解（绝大多数弱酸、弱碱，当其浓度与相应盐的浓度相等时，其电离的影响大于其相应盐水解的影响），溶液中：[NH+]>[C1-]>[OH-]>[H+]4仿照上述过程，我们不难写出在NaOH溶液中慢慢滴入CH3COOH溶液时，溶液中存在的三个典型不等式。恰好反应时：[Na+]>[CH3COO-]>[OH-]>[H+]

恰好中性时：[Na+]=[CH3COO-]>[OH-]=[H+]酸明显过量（溶液中CH3COOH与CH3COONa浓度相等）时：[CH3COO-]>[Na+]>[H+]>[OH-]三、溶液中等式和不等式的应用有了上述溶液中的等式和不等式作知识储备，你便心如明镜，能很快识破题中给出的微粒浓度关系意在考查哪个等式、不等式，进而对它的正确与否作出快速判断。如此一来，这类问题自然也就不再是问题了！例1：（2010江苏卷）常温下，用0.1000mol・LtNaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol・L-1CH3COOH溶液所得滴定曲线如右图。下列说法正确的是点①所示溶液中：[CH3COO-]+[OH-]=[CH3COOH]+[H+]点②所示溶液中：[Na+]=[CH3COOH]+[CH3COO-]点③所示溶液中：[Na+]>[OH-]>[CH3COO-]>[H+]滴定过程中可能出现：[CH3COOH]>[CH3COO-]>[H+]>[Na+]>[OH-]解析：点①所示溶液中：[CH3COO-]+[OH-]=[Na+]+[H+]（电荷守恒），未反应的CH3COOH浓度与反应生成的CH3COONa浓度相等，此时CH3COOH电离的影响大于CH3COO-水解的影响，即[CH3COOH]V[Na+]，故[CH’COO-]+[OH-]>[CH3COOH]+[H+]。点②所示溶液为中性，[Na+]=[CH3COO-]。点③所示溶液为CH3COONa溶液，[Na+]>[CH3COO-]>[OH-]>[H+]。选项D所示浓度关系，在CH3COOH溶液中滴入的NaOH溶液很少时成立。图中的点①②③正是酸碱反应过程中比较典型的三种情况。例2：（2010上海卷）下列溶液中微粒浓度关系一定正确的是氨水与氯化铵的pH=7的混合溶液中：[Cl-]>[NH4+]常温下，pH=2的一元酸和pH=12的一元强碱等体积混合：[OH-]=[H+]0.1mol・L-1的硫酸铵溶液中：[NH4+]>[SO42-]>[H+]0.1mol-L-1的硫化钠溶液中：[OH-]=[H+]+[HS-]+[H2S]解析：选项A，[Cl-]应与[NH、+]相等。选项B，若该一元酸为强酸则[OH-]司H+]，若该一4元酸为弱酸则酸明显过量，[OH-]V[H+]。选项C，（NH4）2SO4中NH4+数是SO42-的2倍，而水解的NH;很少，故离子浓度大小关系正确。选项D，显然命题者有意考查该溶液中的质子守恒，4[HS]前应