电解质溶液中离子浓度大小比较

电解质溶液是高中化学化学重要的基础理论之一，而电解质溶液中离子浓度大小比较专题考查的知识点多，灵活性、综合性较强，有较好的区分度，它能有效地测试出学生对强弱电解质、电离平衡、水的电离、pH值、离子反应、盐类水解等基本概念的掌握程度及对这些知识的综合运用能力。而对于高二学生此专题是难点之一，但高考化学试卷年年涉及这种题型，重视率高。因此要关注此类试题归类解析及与电解质溶液相关理论的结合。此文有很多不足之处，望各位同仁批评指正。本专题的地位和作用：【一、关注三个守恒】电解质溶液中的离子之间存在之三种定量关系1．电荷数平衡关系---电荷守恒:电解质溶液中所有阳离子所带有的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等。如Na2CO3溶液中推出：c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)2．微粒数平衡关系----物料守恒:电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其它离子或分子等，但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。如Na2CO3溶液中n(Na)：n(c)＝2：1，推出：c(Na+)=2[c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)]3．水电离的离子数平衡关系--质子守恒如碳酸钠溶液中由电荷守恒和物料守恒将Na+离子消掉可得：c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)。此关系式也可以按下列方法进行分析，由于指定溶液中氢原子的物质的量为定值，所以无论溶液中结合氢离子还是失去氢离子，但氢原子总数始终为定值，也就是说结合的氢离子的量和失去氢离子的量相等。可以用图示分析如下,由得失氢离子守恒可得：c(OH-)=c(H+)+c(HCO3)+2c(H2CO3)【二、解析常见题型及相关的基础理论】1、溶质单一型【解题思路】酸、碱溶液主要考虑酸、碱电离盐溶液主要考虑盐水解①.弱碱、弱酸溶液【相关理论】1.弱电解质的电离是微弱的，电离消耗的电解质及产生的微粒都是少量的，同时注意考虑水的电离的存在；2.多元弱酸的电离是分步的，主要以第一步电离为主。弱碱溶液【例1】室温下，0.1mol/L的氨水溶液中，下列关系式中不正确的是（）A.c(OH-)＞c(H+)B.c(NH3·H2O)+c(NH4+)=0.1mol/LC.c(NH4+)＞c(NH3·H2O)＞c(OH-)＞c(H+)D.c(OH-)=c(NH4+)+c(H+)【解析】：由于在NH3·H2O溶液中存在下列电离平衡：NH3·H2ONH4++OH-，H2OH++OH-，所以溶液中微粒浓度关系为：c(NH3·H2O)＞c(OH-)＞c(NH4+)＞c(H+)。所以所得溶液呈碱性，根据电荷守恒和物料守恒知BD正确，而一水合氨的电离是微量的，所以C项错误。多元弱酸【例2】在0.1mol/L的H2S溶液中，下列关系错误的是（）A.c(H+)=c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)B.c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)C.c(H+)＞[c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)]D.c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1mol/L【解析】解答这类题目主要抓住弱酸的电离平衡，由于H2S溶液中存在下列平衡：H2SHS-+H+，HS-S2-+H+，H2OH++OH-，所以溶液中微粒浓度关系为：c(H2S)＞c(H+)＞c(HS-)＞c(OH-)。根据电荷守恒得c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)，由物料守恒得c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1mol/L，所以关系式错误的是A项。【答案】A3.盐溶液【相关理论】----水解理论⑴弱酸的阴离子和弱碱的阳离子因水解而损耗；如NaHCO3溶液中有：c(Na+)＞c(HCO3-)。⑵弱酸的阴离子和弱碱的阳离子的水解是微量的（双水解除外），因此水解生成的弱电解质及产生H+的（或OH-）也是微量，但由于水的电离平衡和盐类水解平衡的存在，所以水解后的酸性溶液中c(H+)（或碱性溶液中的c(OH-)）总是大于水解产生的弱电解质的浓度.⑶一般来说“谁弱谁水解，谁强显谁性”，如水解呈酸性的溶液中c(H+)＞c(OH-)，水解呈碱性的溶液中c(OH-)＞c(H+)；⑷多元弱酸的酸根离子的水解是分步进行的，主要以第一步水解为主。强酸弱碱盐溶液：【例3】在氯化铵溶液中，下列关系正确的是（）A.c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H+)＞c(OH-)B.c(NH4+)＞c(Cl-)＞c(H+)＞c(OH-)C.c(NH4+)＝c(Cl-)＞c(H+)＝c(OH-)D.c(Cl-)＝c(NH4+)＞c(H+)＞c(OH-)【解析】由于氯化铵溶液中存在下列电离过程：NH4Cl=NH4++Cl-，H2OH++OH-和水解过程：NH4++H2OH++NH3·H2O，由于铵离子水解被消耗，所以c(Cl-)＞c(NH4+)，又因水解后溶液显酸性，所以c(H+)＞c(OH-)，且水解是微量的，所以上述关系式正确的是A项。【答案】A强碱弱酸的酸式盐溶液：【例4】草酸是二元弱酸，草酸氢钾溶液呈酸性，在0.1mol/LKHC2O4溶液中，下列关系正确的是（）A．c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(OH-)+c(C2O42-)B．c(HC2O4-)+c(C2O42-)=0.1mol/LC．c(C2O42-)＞c(H2C2O4)D．c(K+)=c(H2C2O4)+c(HC2O4-)+c(C2O42-)【解析】因为草酸氢钾呈酸性，所以HC2O4-电离程度大于水解程度，故c(C2O42-)＞c(H2C2O4)。又依据物料平衡，所以D．c(K+)=c(H2C2O4)+c(HC2O4-)+c(C2O42-)正确，又根据电荷守恒，c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(OH-)+2c(C2O42-)，所以。综合上述，C、D正确。【答案】CD2、两种电解质溶液混合后离子浓度大小的比较【解题思路】1、两种物质混合不反应---同时考虑水解和电离哪占主要【例】用物质的量都是0.1mol的CH3COOH和CH3COONa配制成1L混合溶液，已知其中C(CH3COO-)＞C(Na+)，对该混合溶液的下列判断正确的是()A.C(H+)＞C(OH-)B.C(CH3COOH)＋C(CH3COO-)＝0.2mol/LC.C(CH3COOH)＞C(CH3COO-)D.C(CH3COO-)＋C(OH-)＝0.2mol/L【解析】CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，CH3COOH的电离和CH3COONa的水解因素同时存在。已知C(CH3COO-)＞C(Na+)，根据电荷守恒C(CH3COO-)＋C(OH-)＝C(Na+)＋C(H+)，可得出C(OH-)＜C(H+)。说明混合溶液呈酸性，进一步推测出0.1mol/L的CH3COOH和0.1mol/L的CH3COONa溶液中，电离和水解这一对矛盾中起主要作用是电离，即CH3COOH的电离趋势大于CH3COO-的水解趋势。根据物料守恒，可推出（B）是正确的。常见的以电离为主的（同浓度混合）1、氯化铵和氨水2、醋酸钠和醋酸常见的以水解为主的1.氰酸钠与氰酸2、两种物质恰好完全反应-----等同于单一溶质，故与题型1方法相同【例】在10ml0.1mol·L-1NaOH溶液中加入同体积、同浓度HAc溶液，反应后溶液中各微粒的浓度关系错误的是()。A．c(Na+)＞c(Ac-)＞c(H+)＞c(OH-)B．c(Na+)＞c(Ac-)＞c(OH-)＞c(H+)C．c(Na+)＝c(Ac-)＋c(HAC)D．c(Na+)＋c(H+)＝c(Ac-)＋c(OH-)【解析】由于混合的NaOH与HAc物质的量都为1×10-3mol，两者恰好反应生成NaAc，由于少量Ac-发生水解：Ac-+H2OHAc+OH-,故有c(Na+)＞c(Ac-)＞c(OH-)＞c(H+)，根据物料守恒C正确，根据电荷守恒D正确，A错误。故该题选项为A。3、两种物质反应，其中一种有剩余：（1）酸与碱反应型------关注题中所给数据是物质的量浓度还是pH【注意】此类题目若有酸、碱过量时，应抓住两溶液混合后剩余的弱酸或弱碱的电离程度和生成盐的水解程度的相对大小。【例1】将0.2mol·L－1HCN溶液和0.1mol·L－1的NaOH溶液等体积混合后，溶液显碱性，下列关系式中正确的是A.c(HCN)c(CN－)B.c(Na＋)c(CN－)C.c(HCN)－c(CN－)＝c(OH－)D.c(HCN)＋c(CN－)＝0.1mol·L－1【解析】上述溶液混合后，溶质为HCN和NaCN，由于该题已说明溶液显碱性，所以不能再按照HCN的电离处理，而应按NaCN水解为主。所以c(Na＋)c(CN－)，选BD【答案】BD【例2】设氨水的pH＝x，某盐酸的pH＝y，已知x+y＝14，且x11。将上述两溶液分别取等体积充分混合后，所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是A.c(Cl－)c(NH4+)c(H+)c(OH－)B.B.c(NH4+)c(Cl－)c(H+)c(OH－)C.c(NH4+)c(Cl－)c(OH－)c(H+)D.c(Cl－)c(NH4+)c(OH－)c(H+)【解析】由于x+y＝14，且x11，所以氨水c(OH-)和盐酸中的c(H+)相等。两者等体积混合后，氨水过量，溶液显碱性。【答案】C4、其他类型⑴不同物质同种离子浓度比较型-要看溶液中其它离子对其的影响【例】物质的量浓度相同的下列溶液中，NH4+浓度最大的是（）。A．NH4ClB．NH4HSO4C．CH3COONH4D．NH4HCO3⑵利用溶液中阴阳离子的种类来判断溶液中溶质的可能情况有些题目给定了盐溶液中的阴阳离子种类，可以假设该溶液是相应酸与碱反应后的产物，因此存在酸碱过量问题。【例】已知某无色透明的溶液中所含的离子仅有Na+、CH3COO-、H+和OH-四种离子，某学生将该溶液中的四种离子的物质的量浓度按从大到小的顺序排列了若干种可能，其中合理的是：A.c(Na+)c(CH3COO－)c(OH－)c(H+)B.B.c(CH3COO－)=c(Na+)c(OH－)=c(H+)C.c(H+)c(OH－)c(Na+)c(CH3COO－)D.c(Na+)c(CH3COO－)c(H+)c(OH－)【解析】由于溶液中所含的离子仅有Na+、CH3COO-、H+和OH-四种离子，所以可以认为是醋酸和NaOH反应后的溶液。因此该溶液中可能含有溶质CH3COONa;CH3COONa、CH3COOH;CH3COONa、NaOH等情况所以该溶液所含的四种离子的物质的量浓度大小之间的关系不能只有一种。第（2）问中CD选项不符和溶液中电荷守恒规律，选AB