高中化学 第三章 第三节 第3课时 溶液中离子浓度的比较课时作业 新人教版选修4
第3课时 溶液中离子浓度的比较
[目标要求] 1.能熟练判断与盐类水解有关的离子浓度大小。2.会判定溶液中离子的共存。
离子浓度大小的比较规律
1．多元弱酸溶液
根据多步电离分析。例如：在H2CO3的溶液中，c(H＋)>c(HCO)≫c(CO)。
2．多元弱酸的正盐溶液
根据弱酸根的分步水解分析。例如：Na2CO3溶液中，c(Na＋)>c(CO)>c(OH－)>
c(HCO)。
3．多元弱酸的酸式盐溶液
要考虑酸根离子的电离程度与水解程度的相对大小。如HCO以水解为主，NaHCO3溶液中c(Na＋)>c(HCO)>c(OH－)>c(H＋)；而HSO以电离为主，NaHSO3溶液中c(Na＋)>
c(HSO)>c(H＋)>c(OH－)。
4．不同溶液中同一离子浓度的比较
要考虑溶液中其他离子对其影响的因素。例如：在相同物质的量浓度的下列溶液中：a.NH4Cl b．CH3COONH4 c．NH4HSO4，c(NH)由大到小的顺序是c>a>b。
5．混合溶液中各离子浓度的大小比较
根据电离程度、水解程度的相对大小分析。
(1)分子的电离大于相应离子的水解
例如：等物质的量浓度的NH4Cl与NH3·H2O混合溶液，c(NH)>c(Cl－)>c(OH－)>c(H＋)。
(2)分子的电离小于相应离子的水解
例如：在0.1 mol·L－1的NaCN和0.1 mol·L－1的HCN溶液的混合液中，各离子浓度的大小顺序为c(Na＋)>c(CN－)>c(OH－)>c(H＋)。
6．利用守恒规律
知识点一 溶液中离子浓度大小比较
1．0.02 mol·L－1的HCN溶液与0.02 mol·L－1 NaCN溶液等体积混合，已知混合溶液中c(CN－)
c(CN－)>c(H＋)>c(OH－) B．c(HCN)＋c(CN－)＝0.04 mol·L－1
C．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CN－)＋c(OH－) D．c(CN－)>c(HCN)
答案 C
解析 根据电荷守恒定律有：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CN－)＋c(OH－)，因为c(Na＋)>c(CN－)，所以c(H＋)c(CN－)>c(OH－)>c(H＋)。
根据CN－物料守恒有c(HCN)＋c(CN－)＝0.02 mol·L－1。
因为c(H＋)c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H＋)
C．c(Na＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)
D．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)
答案 C
解析 等物质的量浓度、等体积的氢氧化钠溶液和醋酸溶液完全反应后，所得到的溶液的溶质为CH3COONa。部分CH3COONa发生水解生成CH3COOH，溶液显碱性。因此，溶液中的c(Na＋)>c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H＋)。又因为溶液为电中性，带电粒子的浓度关系有c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，C项表述的关系明显不成立。另外，只要在水溶液中，KW都等于溶液中H＋、OH－浓度的乘积。该题答案为C。
3．MOH强碱溶液和等体积、等浓度的HA弱酸溶液混合后，溶液中有关离子的浓度应满足的关系是( )
A．c(M＋)>c(OH－)>c(A－)>c(H＋) B．c(M＋)>c(A－)>c(H＋)>c(OH－)
C．c(M＋)>c(A－)>c(OH－)>c(H＋) D．c(M＋)>c(H＋)>c(A－)>c(OH－)
答案 C
解析 MOH强碱溶液和等体积、等浓度的HA弱酸溶液混合，二者恰好发生反应，生成强碱弱酸盐MA：MOH＋HA===MA＋H2O，MA中弱酸根离子A－发生水解：A－＋H2O
HA＋OH－，导致溶液显碱性，则有c(OH－)>c(H＋)；据溶液中电荷守恒关系有c(M＋)
＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)，从而推知c(M＋)>c(A－)。
知识点二 离子共存
4．向某无色溶液中加入铁粉能产生大量H2，则该溶液中可能含有的能大量共存的离子组是( )
A．Na＋、Ca2＋、Cl－、NO B．Fe3＋、K＋、Cl－、HCO
C．Cu2＋、Na＋、Cl－、SO D．K＋、Na＋、Cl－、SO
答案 D
解析 向无色溶液中加入铁粉能产生大量的H2，说明该溶液为强酸性溶液。此时，若A项中的NO大量共存，则H＋和NO形成的HNO3可以被铁还原成NOx，无H2放出；B项中的两种离子Fe3＋、HCO可发生双水解反应而不能在溶液中大量共存且Fe3＋的溶液为浅黄色的溶液；C项中含Cu2＋的溶液为蓝色。综上所述，答案为D。
5．下列微粒在溶液中能大量共存的是( )
A．Na＋、Fe2＋、SO、NO B．Fe3＋、K＋、Cl－、CO
C．Al3＋、Na＋、SO、AlO D．Ca2＋、H＋、NO、SO
答案 A
6．下列各组离子中，在溶液里能大量共存，且溶液为无色透明的是( )
A．NH、NO、Al3＋、Cl－ B．Na＋、SiO、NO、Fe3＋
C．Na＋、MnO、K＋、SO D．Na＋、HCO、SO、Al3＋
答案 A
练基础落实
1．在FeCl3和Fe2(SO4)3的混合溶液中，若不计Fe3＋的水解，当溶液中c(Fe3＋)＝c(SO)
时，下列判断正确的是( )
A．c(Fe3＋)>c(Cl－) B．c(SO)>c(Cl－)
C．c(SO)c(Cl－)，c(OH－)>c(H＋)
B．c(NH)＝c(Cl－)，c(OH－)＝c(H＋)
C．c(Cl－)>c(NH)，c(OH－)>c(H＋)
D．c(Cl－)>c(NH)，c(H＋)>c(OH－)
答案 C
解析 溶液中不可能出现阴离子均大于阳离子的情况，不遵循电荷守恒，故C项错；A项为氨水过量较多的情况；B项为氨水适当过量；D项为氨水不足或恰好中和。
4．在25℃时，将pH＝11的NaOH溶液与pH＝3的CH3COOH溶液等体积混合后，下列关系式中正确的是( )
A．c(Na＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)
B．c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)
C．c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(H＋)
D．c(CH3COO－)＞c(Na＋)＞c(H＋)＞c(OH－)
答案 D
解析 pH＝11的NaOH溶液中c(NaOH)＝c(OH－)＝10－3 mol·L－1，而pH＝3的CH3COOH溶液中c(H＋)＝10－3 mol·L－1，c(CH3COOH)远远大于10－3 mol·L－1。两者等体积混合后，形成CH3COOH与CH3COONa混合液，且c(CH3COOH)远大于c(CH3COONa)，溶液呈酸性，电荷恒等关系为c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，离子浓度大小顺序为c(CH3COO－)>c(Na＋)>c(H＋)>c(OH－)。
5．下列各溶液中，粒子的物质的量浓度关系正确的是( )
A．0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液：c(OH－)＝c(H＋)＋c(HCO)＋2c(H2CO3)
B．0.1 mol·L－1 NH4Cl溶液：c(NH)＝c(Cl－)
C．向醋酸钠溶液中加入适量醋酸，得到酸性的混合溶液：
c(Na＋)>c(CH3COO－)>c(H＋)>c(OH－)
D．向硝酸钠溶液中滴加稀盐酸得到pH＝5的混合溶液：c(Na＋)＝c(NO)＋c(Cl－)
答案 A
解析 在0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中，存在如下平衡：CO＋H2O
HCO＋OH－，
HCO＋H2O
H2CO3＋OH－，H2O
H＋＋OH－，根据电荷守恒有：c(H＋)＋c(Na＋)＝c(OH－)
＋c(HCO)＋2c(CO)；根据物料守恒有：c(Na＋)＝2c(HCO)＋2c(CO)＋2c(H2CO3)，综合上述两式可得：c(OH－)＝c(H＋)＋c(HCO)＋2c(H2CO3)。在0.1 mol·L－1 NH4Cl溶液中，NH发生水解，故c(NH)c(OH－)，根据电荷守恒有c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，则c(CH3COO－)>c(Na＋)，因此溶液中的离子浓度关系为c(CH3COO－)>c(Na＋)>c(H＋)>c(OH－)。硝酸钠与稀盐酸得到pH＝5的混合溶液，硝酸钠不发生水解，忽略水的电离，根据电荷守恒则有c(Na＋)＝c(NO)。
练方法技巧
6．某酸式盐NaHY的水溶液c(OH－)>c(H＋)，下列叙述正确的是( )
A．H2Y的电离方程式：H2Y
2H＋＋Y2－
B．HY－的水解方程式：HY－＋H2O
H3O＋＋Y2－
C．该酸式盐溶液中离子浓度关系：c(Na＋)>c(HY－)>c(OH－)>c(H＋)
D．该酸式盐溶液中离子浓度关系：c(Na＋)>c(Y2－)>c(HY－)>c(OH－)>c(H＋)
答案 C
解析 H2Y是弱酸，分步电离，所以A项一步电离是错误的；依题意，它的酸式钠盐溶液呈碱性，说明HY－以水解为主，HY－＋H2O
H2Y＋OH－，B项不正确；溶液中存在：
NaHY===Na＋＋HY－，HY－＋H2O
H2Y＋OH－，c(Na＋)>c(HY－)>c(OH－)>c(H2Y)>c(H＋)，C
项正确；D项，根据HY－水解程度大于电离程度，离子浓度大小有：c(Na＋)>c(HY－)>
c(H2Y)>c(Y2－)。本题关键是NaHY水溶液呈碱性，即NaHY的水解程度大于电离程度。
7．下列各种情况下一定能大量共存的离子组为( )
A．pH＝7的溶液中：Fe3＋、Cl－、Na＋、NO
B．水电离出的c(H＋)＝1×10－3 mol·L－1的水溶液中Na＋、CO、Cl－、K＋
C．pH＝1的水溶液中NH、Cl－、Mg2＋、SO
D．Al3＋、HCO、I－、Ca2＋
答案 C
解析 A中由于Fe3＋＋3H2O
Fe(OH)3＋3H＋，所以有Fe3＋大量存在的溶液一定为酸性；B中因为由水电离出的c(H＋)＝1×10－3 mol·L－1，此时溶液可能显酸性，CO在酸性溶液中不能大量共存；C中因NH＋H2O
NH3·H2O＋H＋，Mg2＋＋2H2O
Mg(OH)2＋2H＋均使溶液呈酸性，C符合题意；D中发生Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑的双水解反应。本题考查离子共存，看清楚题干中的条件。
8．已知在0.1 mol·L－1的NaHSO3溶液中有关微粒浓度由大到小的顺序为c(Na＋)>c(HSO)>c(SO)>c(H2SO3)。
(1)该溶液中c(H＋)________c(OH－)(填“>”、“<”或“＝”)，简述理由：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)现向NH4HSO3溶液中，逐滴加入少量含有酚酞的NaOH溶液，可观察到的现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
写出该反应的离子方程式_________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)> HSO
H＋＋SO，HSO＋H2O
H2SO3＋OH－，由已知条件知电离程度大于水解程度，故c(H＋)>c(OH－)
(2)红色逐渐变浅直至变为无色
HSO＋OH－===SO＋H2O
解析 由溶液中离子浓度大小可判断NaHSO3溶液显酸性(电离大于水解)，则c(H＋)＞c(OH－)'。当加入少量含有酚酞的NaOH溶液后，OH－＋HSO===SO＋H2O，则红色逐渐变浅，甚至褪去。
练综合拓展
9．已知某溶液中存在OH－、H＋、NH、Cl－四种离子，某同学推测其离子浓度大小顺序有如下四种关系：
①c(Cl－)>c(NH)>c(H＋)>c(OH－) ②c(Cl－)>c(NH)>c(OH－)>c(H＋)
③c(NH)>c(Cl－)>c(OH－)>c(H＋) ④c(Cl－)>c(H＋)>c(NH)>c(OH－)
填写下列空白：
(1)若溶液中只溶解了一种溶质，则该溶质是________，上述四种离子浓度的大小顺序为________(填序号)。
(2)若上述关系中③是正确的，则溶液中的溶质为________；若上述关系中④是正确的，则溶液中的溶质为____________________________________________________________。
(3)若该溶液是由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成，且恰好呈中性，则混合前c(HCl)______c(NH3·H2O)(填“大于”、“小于”或“等于”，下同)，混合前酸中c(H＋)和碱中c(OH－)的关系为c(H＋)______c(OH－)。
答案 (1)NH4Cl ①
(2)NH4Cl和NH3·H2O NH4Cl和HCl
(3)小于 大于
解析 (1)若溶液只有一种溶质，该溶质为NH4Cl，因NH水解溶液呈酸性，离子浓度的大小关系为c(Cl－)>c(NH)>c(H＋)>c(OH－)。
(2)因为c(OH－)>c(H＋)、c(NH)>c(Cl－)，所以溶液中除含有NH4Cl外，还必须含有NH3·H2O。若c(Cl－)>c(H＋)>c(NH)>c(OH－)，则说明溶液中含有NH4Cl和HCl。
(3)NH4Cl水解溶液呈酸性，若等体积稀盐酸与氨水混合后呈中性，说明氨水过量，故c(HCl)7，则c(Na＋)________c(A－)(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)常温下，若溶液M由pH＝3的HA溶液V1 mL与pH＝11的NaOH溶液V2 mL混合反应而得，则下列说法中正确的是________(填字母)。
A．若溶液M呈中性，则溶液M中c(H＋)＋c(OH－)＝2×10－7 mol·L－1
B．若V1＝V2，则溶液M的pH一定等于7
C．若溶液M呈酸性，则V1一定大于V2
D．若溶液M呈碱性，则V1一定小于V2
答案 (1)小于 (2)> (3)A、D
解析 (1)据题意知，HA与NaOH恰好完全反应，若HA为强酸，则溶液M的pH＝7；若HA为弱酸，则溶液M的pH>7，故无pH<7的情况。
(2)根据电荷守恒知c(H＋)＋c(Na＋)＝c(OH－)＋c(A－)，若pH>7，即c(H＋)c(A－)。
(3)A项，若M呈中性，即c(H＋)＝c(OH－)，因t＝25℃，则c(H＋)＋c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1＋1×10－7 mol·L－1＝2×10－7 mol·L－1，A正确；B项，若V1＝V2时，如果HA为强酸，则二者恰好反应，pH＝7，如果HA为弱酸，则HA过量，溶液显酸性，pH<7，B错误；结合B项分析知C错误，同样结合B项分析知若M呈碱性，必然为NaOH过量，即V1一定小于V2。