电解质离子浓度大小比较的题型是高考的重点也是高考的难点,但只要掌握了有关知识、原理和规律,结合解题技巧,就能轻车熟路,达到举一反三的最佳效果,其中相关的知识点有:盐类水解;电离平衡;电解质的化学反应;溶液中的电荷守恒及物料守恒等。
一、基础
在盐溶液中存在着水的电离平衡,可能还有盐的水解、电离平衡,所以就有下列关系:
1、c(H+)与c(OH-)的关系:
中性溶液:c(H+)=c(OH-)(如NaCl溶液)
酸性溶液:c(H+)>c(OH-)(如NH4Cl溶液)
碱性溶液:c(H+)<c(OH-)(如Na2CO3溶液)恒温时:c(H+)·c(OH-)=定值(常温时为10-14)
2、电荷守恒:盐溶液中阴、阳离子所带的电荷总数相等:
如NH4Cl溶液中:c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
如Na2CO3溶液中:c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)
3、物料守恒:某元素各种不同存在形态的微粒,物质的量总和不变。
二、解题思路
1、盐离子不水解不电离:强酸强碱盐,如NaCl、Na2SO4等。
2、盐离子只水解不电离:强酸弱碱或弱酸强碱形成的正盐,如NH4Cl、Na2CO3等。
3、盐离子既水解又电离:多元弱酸形成的酸式盐,以水解为主的有NaHCO3、NaHS、Na2HPO4等;以电离为主的有NaHSO3和NaH2PO4等。
4、根据题意判断:如某温度下NaHB强电解质溶液中,当c(H+)>c(OH-)时,以HB-的电离为主;当c(H+)<c(OH-)时,以HB-的水解为主。对于弱酸HX与强碱盐(NaX式)的混合溶液中,当c(H+)>c(OH-)时,以HX的电离为主; 当c(H+)<c(OH-)时,以X-的水解为主。对于弱碱ROH与强酸盐(RCl式)的混合溶液中,情况则相反。
三、经典例题
1.下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是( )
A.0.1 mol•L-1 NaHCO3溶液中:c(H+)+2c(H2CO3)=2c(CO2-3)+c(OH-)
B.0.1 mol•L-1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液中:c(SO2-4)=c(NH+4)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-)
C.将醋酸钠、盐酸两溶液混合后,溶液呈中性,则混合后的溶液中:c(Na+)
D.pH相等的①CH3COONa ②C6H5ONa ③Na2CO3④NaOH四种溶液的物质的量浓度大小:①>②>③>④
解析:任何电解质溶液中都存在电荷守恒和物料守恒,根据物料守恒c(Na+)=c(HCO-3)+c(CO2-3)+c(H2CO3),根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+)=c(HCO-3)+2c(CO2-3)+c(OH-),所以得c( H2CO3)+c(H+)=c(CO2-3)+c(OH-),故A错误;亚铁离子和铵根离子都水解导致溶液呈酸性,但水解程度较小,所以离子浓度大小顺序是c(SO2-4)>c(NH+4)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-),故B错误;溶液呈中性,则c(H+)=c(OH-),根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-)+c(CH3COO-),所以c(Na+)>c(Cl-),故C错误;pH相等的四种溶液中,NaOH溶液的浓度最小,酸根离子水解程度CO2-3>C6H5O->CH3COO-,所以pH相等的四种溶液浓度大小顺序是①>②>③>④,故D正确。
2.常温下,下列关系式正确的是( )
A.pH=4的氯化铵溶液中,c(H+)=c(NH3•H2O)=1×10-4 mol•L-1
B.pH=a的HCl溶液,稀释10倍后,其pH=b,则b=a+1
C.pH=2的HF溶液与pH=12的NaOH溶液按体积比1∶1混合:c(Na+)=c(F-)>c(H+)=c(OH-)
D.pH相同的①NaOH、②NaClO两种溶液中水的电离程度:①<②
解析:由于氯化铵的水解导致溶液呈酸性,根据溶液中的电荷守恒和物料守恒可知,氢离子来源于铵根离子的水解和水的电离,所以氢离子浓度应该等于氨水浓度和氢氧根离子浓度之和,A错误;对于强酸溶液,加水稀释10倍,pH增加1,但不是无限稀释就无限增加,增加后必须还是酸性溶液,B错误;pH=2的HF溶液,其溶液浓度远大于0.01 mol•L-1,当其与等体积pH=12的NaOH溶液反应时,酸过量,溶液呈酸性,即c(H+)>c(OH-),C错误;pH相同的①NaOH、②NaClO两种溶液,氢氧化钠抑制水的电离,而次氯酸钠因为水解而促进水的电离,所以水的电离程度是①<②,D正确。
3.常温下,下列关于电解质溶液的说法正确的是( )
A.将pH=4的CH3COOH溶液加水稀释10倍,溶液中各离子浓度均减小
B.用CH3COOH溶液滴定等物质的量浓度的NaOH溶液至pH=7,V(CH3COOH溶液)
C.向0.2 mol/L的盐酸中加入等体积0.1 mol/L NH3•H2O溶液:c(Cl-)+c(OH-)=c(H+)+c(NH3•H2O)
D.在含0.1 mol NaHSO4的溶液中:c(H+)=c(SO2-4)+c(OH-)
解析:将pH=4的CH3COOH溶液加水稀释10倍,酸性减弱,氢离子浓度减小,常温下,Kw不变,则氢氧根离子浓度增大,故A错。用CH3COOH溶液滴定等物质的量浓度的NaOH溶液,体积相同时,恰好生成乙酸钠,乙酸钠为强碱弱酸盐,显碱性,要使溶液显中性,加入的乙酸的体积应大于氢氧化钠溶液的体积,故B错。向0.2 mol/L的盐酸中加入等体积0.1 mol/L NH3•H2O溶液,得到等浓度的氯化氢和氯化铵的混合溶液,根据电荷守恒可得c(Cl-)+c(OH-)=c(H+)+c(NH+4),由于铵根离子水解生成一水合氨,水解是微弱的,则一水合氨的浓度远远小于铵根离子的浓度,所以c(Cl-)+c(OH-)>c(H+)+c(NH3•H2O),故C错。根据电荷守恒可得c(Na+)+c(H+)=2c(SO2-4)+c(OH-),在含0.1 mol NaHSO4的溶液中c(Na+)=c(SO2-4),所以c(H+)=c(SO2-4)+c(OH-),故D正确。
4.在V mL 0.1 mol/L Na2S溶液中逐滴加入V mL 0.1 mol/L KHSO4溶液,所得溶液中粒子浓度关系正确的是( )
A.c(SO2-4)=c(HS-)=c(K+)>c(OH-)=c(H+)
B.c(Na+)>c(K+)>c(S2-)>c(H+)>c(OH-)
C.c(Na+)=c(S2-)+c(H2S)+c(HS-)+c(SO2-4)
D.c(K+)+c(Na+)+c(H+)=c(SO2-4)+c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)
解析:Na2S电离出的S2-与KHSO4电离出的H+结合为HS-,由于HS-的水解程度大于电离程度,所得溶液显碱性,A错、B错;反应前c(Na+)=c(S2-)+c(HSO-4),根据物料守恒得,c(Na+)=c(S2-)+c(H2S)+c(HS-)+c(SO2-4),C对;根据电荷守恒得,c(K+)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO2-4)+2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-),D错。
5.已知NaHSO3溶液显酸性,NaHCO3溶液显碱性,现有浓度均为0.1 mol/L的NaHSO3和NaHCO3两种溶液,两种溶液中各粒子的物质的量浓度存在下列关系(R表示S元素或C元素),其中正确的一组是( )
A.c(Na+)>c(HRO-3)>c(H+)>c(RO2-3)>c(OH-)
B.c(Na+)+c(H+)=c(HRO-3)+c(RO2-3)+c(OH-)
C.c(H+)+c(H2RO3)=c(RO2-3)+c(OH-)
D.c(Na+)=c(HRO-3)+c(H2RO3)=2c(RO2-3)
解析:A项,NaHCO3溶液显碱性,说明HCO-3的水解程度大于电离程度,离子浓度大小为c(Na+)>c(HCO-3)>c(OH-)>c(H+)>c(CO2-3);B项,根据电荷守恒得,c(Na+)+c(H+)=c(HRO-3)+2c(RO2-3)+c(OH-),B错;C项,根据质子守恒得(可联合电荷守恒和物料守恒得到),c(H+)+c(H2RO3)=c(OH-)+c(RO2-3);D项,根据物料守恒得c(Na+)=c(RO2-3)+c(HRO-3)+c(H2RO3)。
6.常温下,有①Na2CO3溶液;②CH3COONa溶液;③NaOH溶液各25 mL,物质的量浓度均为0.1 mol/L,下列说法正确的是( )
A.三种溶液pH的大小顺序是③>②>①
B.若将三种溶液稀释相同倍数,pH变化最大的是②
C.若分别加入25 mL 0.1 mol/L盐酸后,pH最大的是①
D.若三种溶液的pH均为9,则物质的量浓度的大小顺序是③>①>②
解析:等浓度时强碱的pH最大,强碱弱酸盐中对应的酸的酸性越强,水解程度越小,碳酸的酸性小于醋酸的,所以三种溶液pH的大小顺序是③>①>②,故A错误;稀释时强碱的pH变化程度最大,所以三种溶液稀释相同倍数,pH变化最大的是③,故B错误;等体积等浓度混合后,①中溶质为NaHCO3、NaCl,②中溶质为NaCl、CH3COOH,③中溶质为NaCl,HCO-3水解显碱性,所以pH最大的是①,故C正确;三种溶液的pH均为9,c(OH-)=10-5 mol/L,c(NaOH)=10-5 mol/L,但碳酸的酸性小于醋酸的酸性,所以c(CH3COONa)>c(Na2CO3)>10-5 mol/L,所以三种溶液的pH均为9时,物质的量浓度的大小顺序是②>①>③,故D错误。
7.常温下,下列各溶液的叙述中正确的是( )
A.等物质的量的NaHSO3与Na2SO3混合溶液中:3c(Na+)=c(HSO-3)+c(SO2-3)
B.20 mL 0.1 mol/L的醋酸钠溶液与10 mL 0.1 mol/L盐酸混合后溶液显酸性:c(CH3COO-)>c(CH3COOH)>c(Cl-)>c(H+)
C.等物质的量浓度等体积的NH4HSO4和NaOH溶液混合:c(Na+)=c(SO2-4)>c(NH+4)>c(H+)>c(OH-)
D.向1.00 L 0.3 mol/L NaOH溶液中缓慢通入0.2 mol CO2气体,溶液中:c(Na+)>c(CO2-3)>c(HCO-3)>c(OH-)>c(H+)
解析:任何电解质溶液中都存在物料守恒,根据物料守恒得2c(Na+)=3c(HSO-3)+3c(SO2-3)+3c(H2SO3),故A错误;二者混合后,溶液中的溶质为等物质的量的CH3COONa、CH3COOH、NaCl,CH3COOH的电离程度大于CH3COO-的水解程度,溶液呈酸性,氯离子不水解,所以存在c(CH3COOH)c(NH+4),铵根离子水解程度较小,所以离子浓度大小顺序是c(Na+)=c(SO2-4)>c(NH+4)>c(H+)>c(OH-),故C正确;n(NaOH)=0.3 mol/L×1 L=0.3 mol,n(CO2)=0.2 mol,n(NaOH)∶n(CO2)=0.3 mol∶0.2 mol=3∶2,二者恰好反应生成等物质的量浓度的NaHCO3、Na2CO3,CO2-3水解程度大于HCO-3,所以c(CO2-3)
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