Question

8．在含有弱电解质的溶液中，往往有多个化学平衡共存．
（1）一定温度下，向1L 0．l mol/L-1 CH₃ COOH溶液中加入0.1molCH₃COONa固体，溶液中$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$不变（填“增大”、“减小”或“不变”）；写出表示该混合溶液中所有离子浓度之间的一个等式c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺）．
（2）土壤的pH一般在4-9之间．土壤中Na₂CO₃含量较高，pH可以高达10.5，试用离子方程式解释土壤呈碱性的原因，加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤碱性降低，有关反应的化学方程式为Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O
（3）常温下在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种微粒（CO₂）因逸出未画出）物质的量分数随溶液pH变化的情况如图所示．
回答下列问题：
①在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能（填“能”或“不能”）大量共存；
②当pH=7时，溶液中含碳元素的主要微粒为HCO₃^-、H₂CO₃，溶液中各种离子的物质的量浓度的大小关系
为c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺）；
③已知在25℃时，CO₃^2-水解反应的平衡常数即水解常数K_h=2×10^-4mol•L^-1，当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，溶液的pH=10．

Answer 1

分析 （1）根据稀释后溶液中存在的电离平衡的移动来回答，溶液中存在电荷守恒；
（2）Na₂CO₃为强碱弱酸盐，水解显碱性；加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤碱性降低是钙离子结合碳酸根离子生成碳酸钙沉淀水解平衡逆向进行；
（3）常温下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反应生成碳酸氢钠，再与盐酸反应生成二氧化碳、水，
①根据图2可知，pH=8时只有碳酸氢根离子，pH大于8时存在碳酸根离子和碳酸氢根离子离子，pH小于8时存在碳酸和碳酸氢根离子，在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能共存；
②pH=7时，溶液中溶质为碳酸氢钠、氯化钠及碳酸，存在的离子主要为：H₂CO₃、HCO₃^-，溶液显示中性，c（H⁺）=c（OH^-），根据电荷守恒判断溶液中各离子浓度大小关系；
③根据水解常数计算c（OH^-），由根据水的离子积Kw计算c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）计算．

解答 解：（1）向1L 0.1mol•L^-1CH₃COOH溶液中加入0.1mol CH₃COONa固体，则溶液中醋酸浓度，醋酸根离子浓度均增大，比值$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$为醋酸的电离平衡常数，平衡常数只随温度变化，不随浓度变化，比值不变，此时溶液中存在电荷守恒：c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺），
故答案为：不变；c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（Na⁺）；
（2）土壤的pH一般在4-9之间．土壤中Na₂CO₃含量较高，pH可以高达10.5，用离子方程式解释土壤呈碱性的原因是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，加入石膏（CaSO₄•2H₂O）可以使土壤碱性降低，有关反应的化学方程式为：Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；Na₂CO₃+CaSO₄•2H₂O=CaCO₃↓+Na₂SO₄+2H₂O；
（3）常温下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反应生成碳酸氢钠，再与盐酸反应生成二氧化碳、水，
①由反应及图象可知，在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能大量共存，
故答案为：不能；
②由图象可知，pH=7时，c（OH^-）=c（H⁺），溶液中含碳元素的主要微粒为HCO₃^-、H₂CO₃，电荷守恒可知c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），则c（Na⁺）＞c（Cl^-），因HCO₃^-水解，则c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺），
故答案为：HCO₃^-、H₂CO₃；c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）=c（H⁺）；
③CO₃^2-的水解常数K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=2×10^-4，当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1时，c（OH^-）=10^-4mol/L，由Kw可知，c（H⁺）=10^-10mol/L，所以pH=10，故答案为：10．

点评 本题考查较综合，涉及盐类的水解、弱电解质的电离及溶液中酸碱之间的反应，题目难度中等，综合考查学生分析问题、解决问题的能力，注重能力的考查．