Question

12．某温度（t℃）时，水的离子积为K_w=1×10^-13．若将此温度下pH=11的苛性钠溶液aL与pH=1的稀硫酸bL混合（设混合后溶液体积的微小变化忽略不计），试通过计算填写以下不同情况时两种溶液的体积比和各种离子浓度的排列顺序．
（1）若所得混合溶液为中性，则a：b=10：1；此溶液中各种离子的浓度由大到小的排列顺序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）．
（2）若所得混合溶液的pH=2，则a：b=9：2．此溶液中各种离子的浓度由大到小的排列顺序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 若将此温度（t℃）下，pH=11的苛性钠溶液a L与pH=1的稀硫酸b L混合，此时NaOH溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-13}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.01mol/L，稀硫酸溶液中c（H⁺）=0.1mol/L，
（1）溶液呈中性，说明酸和碱恰好完全反应，根据溶液的酸碱性及电荷守恒确定离子浓度大小；
（2）若所得混合液的pH=2，根据c（H⁺）=$\frac{c（酸）V（酸）-c（碱）V（碱）}{V（酸）+V（碱）}$计算酸碱的体积比，根据溶液的酸碱性及物料守恒判断离子浓度大小．

解答 解：pH=11的NaOH溶液中氢氧根离子浓度为：c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-13}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.01mol/L，稀硫酸溶液中氢离子浓度为：c（H⁺）=0.1mol/L，则：
（1）若所得混合液为中性，则有：0.01a=0.1b，
解得：a：b=10：1；
混合溶液呈中性，则c（H⁺）=c（OH^-），根据电荷守恒得：c（Na⁺）＞c（SO₄^2- ），该溶液为盐溶液，硫酸根离子浓度大于氢离子浓度，所以离子浓度大小顺序是：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），
故答案为：10：1； c（Na⁺）＞c（SO₄^2- ）＞c（H⁺）=c（OH^-）；
（2）若所得混合液的pH=2，则有：$\frac{0.1b-0.01a}{a+b}$=0.01，
解得：a：b=9：2；
溶液呈酸性，则：c（H⁺）＞c（OH^-），
溶液中氢离子浓度为0.01mol/L，硫酸根离子浓度为：$\frac{0.05×2}{2+9}$mol/L=0.009mol/L，
所以氢离子浓度大于硫酸根离子浓度，根据物料守恒知，c（SO₄^2-）＞（Na⁺），氢氧根离子浓度最小，
所以离子浓度大小顺序为：c（H⁺）＞c（SO₄^2- ）＞c（Na⁺）＞c（OH^-），
故答案为：9：2；c（H⁺）＞c（SO₄^2- ）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）．

点评 本题考查酸碱混合的定性判断、离子浓度大小比较，题目难度中等，注意掌握根据溶液的酸碱性及电荷守恒判断离子浓度大小的方法，注意题中水的离子积常数是10^-13而不是10^-14，为易错点，试题培养了学生的化学计算能力．