Question

3．现有常温下的0.1mol•l^-1纯碱溶液．
（1）该溶液呈碱性是因为存在水解平衡，相关离子方程式是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．为证明存在上述平衡，进行如下实验：在0.1mol•l^-1纯碱溶液中滴加酚酞，溶液显红色，再往溶液中滴加BaCl₂或CaCl₂（填化学式）溶液，红色逐渐退为无色，说明上述观点成立．
（2）同学甲查阅资料得知常温下0.1mol•L^-1Na₂CO₃中，发生水解的CO₃^2-不超过其总量的10%．请设计实验加以证明（写出实验方案及预期观察到的现象）．
答：用pH试纸测0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，pH＜12．
（3）同学乙就该溶液中粒子浓度关系写出五个关系式，其中不正确的是DE．（双选，填序号）
A．c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-）
B．c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
C．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
D．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）=0.1mol•L^-1
E．c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）
（4）室温下，pH均为13的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水电离产生的c（OH^-）之比=10¹²．
（5）25℃下，CuSO₄溶液中的c（Cu²⁺）为0.020mol/l，如果要生成沉淀，应调整溶液的pH大于5．
（25℃下，Cu（OH）₂ 的 Ksp=2.0×10^-20）

Answer 1

分析 （1）碳酸根离子水解生成氢氧根离子溶液显碱性，设计实验有碳酸根离子时溶液显碱性，除去碳酸根离子后溶液不显碱性；
（2）碳酸钠属于强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而使溶液呈碱性，根据其水解程度确定溶液pH，用pH试纸测量其pH即可；
（3）根据电荷守恒、物料守恒和质子守恒以及溶液中离子浓度大小比较的方法来分析；
（4）氢氧化钠为强碱溶液，氢氧根离子抑制了水的电离，溶液中氢离子是水电离的；碳酸钠溶液中，碳酸根离子水解促进了水的电离，溶液中氢氧根离子为水电离的，据此进行判断；
（5）在常温下如果要生成Cu（OH）₂沉淀，应满足c（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥2×10^-20，以此计算溶液的c（OH^-），可确定溶液的pH．

解答 解：（1）碳酸根离子水解生成氢氧根离子溶液显碱性，其水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，设计实验有碳酸根离子时溶液显碱性，除去碳酸根离子后溶液不显碱性，其操作为：取0.1mol/L的纯碱溶液少许于试管中，滴入几滴酚酞，溶液呈红色，再滴加足量BaCl₂溶液或是氯化钡溶液，若溶液红色退去，则证明纯碱溶液显碱性的原因是CO₃^2-水解；
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；BaCl₂或CaCl₂；
（2）常温下，0.1mol•L^-1的纯碱溶液，发生水解的CO₃^2-离子不超过其总量的10%，则溶液中c（OH^-）＞0.1mol/L×10%=0.01mol/L，则c（H⁺）＜$\frac{1{0}^{-14}}{0.01}$mol/L=10^-12mol/L，所以溶液的pH＜12，用pH试纸测量常温下0.1mol/L碳酸钠溶液的pH，如果溶液的pH＜12，则证明发生水解的CO₃^2-离子不超过其总量的10%，
故答案为：用pH试纸测0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，pH＜12；
（3）A．溶液中直接电离出钠离子和碳酸根离子，钠离子浓度大于碳酸根浓度的2倍，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A正确；
B．在碳酸钠溶液中，碳酸根离子存在水解平衡，水存在微弱的电离，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃），故B正确；
C．溶液中存在质子守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故C正确；
D．根据物料守恒：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1，故D错误；
E．溶液中存在电荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），故E错误．
故答案为：DE．
（4）25℃时，pH=13的碳酸钠溶液中，碳酸根离子水解促进了水的电离，溶液中氢氧根离子是水电离的，水电离的氢离子和氢氧根浓度均为：$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-13}}$mol/L=1×10^-1mol/L；pH值等于13的NaOH溶液中，氢氧根离子抑制了水的电离，溶液中氢离子是水电离的，水电离的氢离子和氢氧根浓度均为：1×10^-13mol/L，故Na₂CO₃和NaOH溶液中溶液中水电离产生的c（OH^-）之比10¹²；
故答案为：10¹²；
（5）已知K_sp=2×10^-20，c（Cu²⁺）=0.02mol•L^-1，在常温下如果要生成Cu（OH）₂沉淀，
则c（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥2×10^-20，所以c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.02}}$=10^-9（mol/L），应调节溶液pH大于5，
故答案为：5．

点评 本题考查了盐类水解的原理、溶液酸碱性的实验测定方法、离子浓度大小比较、溶液中的守恒关系的应用、溶度积常数的有关计算等，题目涉及的知识点较多，题目难度中等，注意把握溶液中电荷守恒和物料守恒的应用，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．