高中化学《离子浓度大小比较》专题讲解及例题分析

离子浓度大小比较专题一、电离理论和水解理论1.电离理论：⑴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；例如NH3·H2O溶液中微粒浓度大小关系。【分析】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+)。⑵多元弱酸的电离是分步的，主要以第一步电离为主；例如H2S溶液中微粒浓度大小关系。【分析】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-)。2.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；例如（NH4）2SO4溶液中微粒浓度关系。【分析】因溶液中存在下列关系：（NH4）2SO4=2NH4++SO42-，+2H2O2OH-+2H+，2NH3·H2O，由于水电离产生的c(H+)水=c(OH-)水，而水电离产生的一部分OH-与NH4+结合产生NH3·H2O，另一部分OH-仍存在于溶液中，所以溶液中微粒浓度关系为：c(NH4+)＞c(SO42-)＞c(H+)＞c(NH3·H2O)＞c(OH-)。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。例如Na2CO3溶液中微粒浓度关系。【分析】因碳酸钠溶液水解平衡为：CO32-+H2OHCO3-+OH-，H2O+HCO3-H2CO3+OH-，所以溶液中部分微粒浓度的关系为：c(CO32-)＞c(HCO3-)＞c(OH-)。二、电荷守恒和物料守恒1.电荷守恒：⑴电荷守恒的含义：电解质溶液称呈电中性，溶液中阴、阳离子所带电荷数值相等，由于溶液是均一的，所有阳离子的电荷浓度之和必定等于所有阴离子的电荷浓度之和。①离子浓度：指溶液中某种离子的浓度；②电荷浓度：如溶液中某离子的浓度为c(Rn+)，则其电荷浓度为nc(Rn+)。⑵电荷守恒式的书写：如Na2CO3溶液中由于存在下列电离和水解关系：Na2CO3=2Na++CO32-，H2OH++OH-，CO32-+H2OHCO3-+OH-，H2O+HCO3-H2CO3+OH-，所以溶液中所有的阳离子有Na+、H+，阴离子有CO32-、HCO3-、OH-，根据电荷守恒有：c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)。又如CH3COONa溶液中由于存在下列电离和水解关系：CH3COONa=CH3COO-+Na+，CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-，H2OH++OH-，所以溶液中所有的阳离子为Na+、H+，所有的阴离子为CH3COO-、OH-，因此电荷守恒式为：c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)。【注意】书写电荷守恒式必须①准确的判断溶液中离子的种类；②弄清离子浓度和电荷浓度的关系。2.物料守恒：⑴含义：指某微粒的原始浓度等于它在溶液中各种存在形式的微粒浓度之和。⑵物料守恒式的书写：如Na2CO3溶液中由于存在下列电离和水解关系：Na2CO3=2Na++CO32-，CO32-+H2OHCO3-+OH-，H2O+HCO3-H2CO3+OH-，由于c(Na+)=2c(CO32-)原始，而CO32-由于水解在溶液中存在的形式为CO32-、HCO3-、H2CO3，所以有c(Na+)=2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)。又如CH3COONa溶液中由于存在下列电离和水解关系：CH3COONa=CH3COO-+Na+，CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-，由于c(Na+)=c(CH3COO-)原始，而由于水解在溶液中的存在形式为CH3COOH、CH3COO-，所以有c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)。3.导出式——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。可以用图示放分析如下：，由得失氢离子守恒可得：c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)。又如醋酸钠溶液中由电荷守恒和物料守恒将钠离子消掉可得：c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH)。三、一种电解质的溶液中离子浓度的大小比较1.弱酸溶液：【例1】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分析：由于H2S溶液中存在下列平衡：H2SH++HS-，HS-H++S2-，H2OH++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。（注意：解答这类题目主要抓住弱酸的电离平衡。）2.弱碱溶液：【例2】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+)分析：由于氨水溶液中存在一水合氨的电离平衡和水的电离平衡，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，即答案为C项。3.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-)分析：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。（注意：解答这类题目时主要抓住弱碱阳离子的水解，且水解是微量的，水解后溶液呈酸性。）4.强碱弱酸盐溶液：【例4】在Na2S溶液中，下列关系正确的是（）A.c(OH-)=c(HS-)+c(H+)+c(H2S)B.c(OH-)=c(HS-)+2c(H+)+c(H2S)C.c(OH-)=2c(HS-)+c(H+)+c(H2S)D.c(OH-)=c(HS-)+c(H+)+2c(H2S)分析：因在硫化钠溶液中存在下列电离过程和水解过程：Na2S=2Na++S2-，H2OH++OH-，S2-+H2OHS-+OH-，HS-+H2OH2S+OH-，所以根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)，根据物料守恒得c(Na+)=2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)，故有c(OH-)=c(HS-)+c(H+)+2c(H2S)，所以D项正确。（本题也可以直接根据质子守恒进行分析。）5.强碱弱酸的酸式盐溶液：【例5】在0.1mol/L的NaHCO3溶液中，下列关系式正确的是（）A.c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(H+)＞c(OH-)B.c(Na+)=c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)C.c(Na+)+c(H+)＝c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-)D.c(Na+)＝c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)分析：由于溶液中存在下列电离和水解过程：NaHCO3=Na++HCO3-，H2OH++OH-，HCO3-H++CO32-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-，所以溶液呈碱性，因此离子浓度大小关系为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)，电荷守恒和物料守恒关系分别为：c(Na+)+c(H+)＝c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-)，c(Na+)＝c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)，故CD项正确。四、两种电解质溶液混合后离子浓度大小的比较1.强酸与弱碱混合：【例1】室温下,pH=3的盐酸与pH=11的氨水等体积混合,所得溶液中离子浓度关系正确的是()A.c(NH4+)＞c(Cl-)＞c(H+)＞c(OH-)B.c(NH4+)＞c(Cl-)＞c(OH-)＞c(H+)C.c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H+)＞c(OH-)D.c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(OH-)＞c(H+)分析:由于一水合氨为弱电解质，当pH=3的盐酸与pH=11的氨水等体积混合反应后，溶液中一水合氨有较多量的剩余，所以所得溶液仍呈碱性，由电荷守恒关系知B项正确。（解答此类题目主要抓住两溶液反应后生成的强酸弱碱盐的水解情况，当弱碱剩余较多时溶液的酸碱性由弱碱的电离决定。）2.强碱与弱酸混合：【例2】等体积等浓度的MOH强碱溶液和HA弱酸溶液混合后,混合溶液中有关离子浓度的关系正确的是()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(OH-)=c(A-)+c(H+)分析:由于等体积等浓度的上述物质混合后，二者恰好完全反应而生成强碱弱酸盐，所以所得溶液由于A-的水解而呈碱性，由电荷守恒和物料守恒知CD项正确。（解答此类题目主要抓住两溶液反应后生成的强碱弱酸盐的水解情况，当弱酸剩余较多时溶液的酸碱性由弱酸的电离决定。）3.强碱弱酸盐与强酸混合：【例3】将浓度为0.2mol/LCH3COOK溶液与浓度为0.1mol/L的盐酸溶液等体积混合后,则下列微粒浓度关系正确的是()A.c(CH3COO-)＝c(Cl-)＝c(H+)＞c(CH3COOH)B.c(CH3COO-)＝c(Cl-)＞c(CH3COOH)＞c(H+)C.c(CH3COO-)＞c(Cl-)＞c(H+)＞c(CH3COOH)D.c(CH3COO-)＞c(Cl-)＞c(CH3COOH)＞c(H+)分析:上述物质混合后所得溶液中CH3COOH、KCl、CH3COOK三者的物质的量相等，此时醋酸的电离占主导地位，即醋酸的电离大于醋酸根离子的水解，所以溶液呈酸性，因此D项正确。（解答此类题目时应抓住两溶液混合后生成的弱酸的电离程度和剩余盐的酸根离子的水解程度的相对大小。）4.强酸弱碱盐与强碱混合：【例4】将浓度为0.1mol/L的NaOH溶液和浓度为0.1mol/L的NH4Cl溶液等体积混合,则下列离子浓度关系正确的是()A.c(Na+)＞c(Cl-)＞c(OH-)＞c(H+)B.c(Na+)=c(Cl-)＞c(OH-)＞c(H+)C.c(Na+)=c(Cl-)＞c(H+)＞c(OH-)D.c(Cl-)＞c(Na+)＞c(OH-)＞c(H+)分析:上述两种物质等体积混合得到等物质的量的NaCl、NH3·H2O，所以溶液中只存在一水合氨和水的电离平衡，因此溶液呈碱性，