电解质溶液中离子浓度大小浅析

寸智

摘要：离子浓度大小的判断是高考的热点之一。本文概述了离子浓度大小判定的方法和依据。

关键词：离子浓度；平衡；守恒

作者简介：寸智，任教于云南省腾冲第八中学。

电解质溶液中离子浓度大小比较的问题，是一个重要的知识点，是学生学习电解质溶液知识的一个难点，也是高考的一个热点问题。这种题型考查的知识点灵活性、综合性强，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。可从溶液中存在的平衡确定离子的来源及主次的角度分析，使各种关系具体化、清淅化。该类试题多为选择题或填空题，基本上有两大类型：其一是用“＜”或“＞”表示离子浓度的相对大小；其二是用“＝”表示离子浓度之间准确的数量关系。

首先，判断能水解的盐溶液中的离子浓度大小时，首先明确盐的电离是强烈的，大部分是完全电离的，而水解是微弱的，只是部分水解。

其次，还要明确多元弱酸盐的水解是分步进行的，而且以第一步为主，其余为辅，更重要的是不要忘记水的电离。

第三，必须要有正确的思路。审清题意是单一溶液，还是混合溶液，混合溶液中物质是否反应等。

第四，要掌握解此类题的两个平衡和三个守恒：平衡(水解平衡、电离平衡)和守恒(电荷守恒、物料守恒、质子守恒)。

第五，要养成认真、细致、严谨的解题习惯，要在平时练习中学会灵活运用常规的解题方法。例如：淘汰法、定量问题定性化、整体思维等。

下面，笔者就平时的讲练谈谈平衡和守恒问题：

一、两种平衡

电离和水解两个过程产生离子或使离子浓度发生变化，所以离子浓度的比较一般从这两方面着眼考查。常见的考查类型有不等式关系的正误判断和等式关系的正误判断两类。

1.弱电解质的电离平衡

弱电解质电离的过程是可逆的，在一定条件下会达到电离平衡状态。一般来说，弱电解质的电离是微弱的。多元弱酸的电离，是分步电离，而且是以第一步电离为主(也称一级电离)，其余为辅，逐级递减。

例如：H3PO4溶液中存在三级电离：

H3PO4H++H2PO4-…①；H2PO4-H++HPO42-…②；HPO42-H++PO43-…③

因①≥②≥③，所以[H2PO42-]＞[HPO42-]＞[PO43-]

2.盐的水解平衡

在盐溶液中，弱酸根离子和弱碱的阳离子会发生水解，在一定条件下达到水解平衡，一般来说，水解是微弱的，并且多元弱酸中阴离子的水解同样是分步的，以第一步为主(也称一级水解)，依次减弱。例如Na2CO3溶液的水解平衡：

CO32-+H2OHCO3+OH-…①；HCO3-+H2OH2CO3+OH-…②

因①≥②，所以[CO32-]＞[HCO3-]＞[H2CO3]

二、三种守恒

1.电荷守恒

据任何溶液不显电性，阳离子所带的正电荷总数一定等于阴离子所带的负电荷总数。

例如：NH4C1溶液中的电荷恒等式：[NH4+]+[H+]=[C1-]+[OH-]

NaHCO3溶液中的电荷恒等式：[Na+]+[H+]=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]

2.物料守恒

所谓物料守恒是指：①含特定元素的微粒(离子或分子)守恒。②不同元素间所形成的特定微粒比守恒。

例1：amol•L－1NaH2PO4溶液中，存在电离和水解。

H2PO4-H++HPO42-；HPO42-H++PO43-；H2PO42-+H2OH3PO4+OH-

据P守恒，溶液中含P的微粒：PO43-、HPO42-、H2PO4-、H3PO4

所以，[PO43-]+[HPO42-]+[H2PO4-]+[H3PO4]=amol•L－1

据NaH2PO4组成，P和Na形成的微粒关系为1:1，

所以，[Na+]=[PO43-]+[HPO42-]+[H2PO4-]+[H3PO4]=amol•L－1

例2：amol•L－1Na2HPO4溶液中Na和P形成的微粒关系为2:1

[Na+]=2{[PO43-]+[HPO42-]+[H2OP42-]+[H3PO4]}=2amol•L－1

3.质子守恒

所谓质子，实际上就是H+。根据得到的H+和失去的H+相等，找出恒等式。例如H2O，得到一个H+，就是H3O+(而我们经常简写为H+)，失去一个H+就是OH-。

再例如：CO32-不能在失去H+，但得到一个H+为HCO3-，得到两个H+为H2CO3。

做题时通常选择溶液中参与质子转移的能水解的离子和溶剂分子(即：H2O)，作为质子得失数目的参考标准，找出得、失的质子数，即得质子恒等式。

例1：Na2CO3溶液的质子恒等式。

参考标准：CO32-、H2O

析：CO32-不能在失去H+，而得到一个H+为HCO3-，得到两个H+为H2CO3。H2O得到一个H+，就是H3O+(而我们经常简写为H+)，失去一个H+就是OH-。

据：得到的质子数=失去的质子数。

所以，[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]=[OH-]

例2：NaHCO3溶液的质子恒等式。

参考标准：HCO3-、H2O

析：HCO3-得到一个H+为H2CO3，得到两个不可能，失去一个H+为CO32-。H2O得到一个H+，就是H3O+(而我们经常简写为H+)，失去一个H+就是OH-。

据：得到的质子数=失去的质子数，[H2CO3]+[H+]=[CO32-]+[OH-]

三、还要注意电离与水解能力的相对强弱

解答离子浓度问题，除掌握上述原则外，还要注意溶液中，有些既存在电离，又存在水解时，应掌握物质的电离与水解能力的相对强弱，忽略弱者，考虑强者。下面列举的是中学化学中常见常用六种溶液中电离和水解的相对强弱，即溶液显什么性。

1.同浓度的NaAC和HAC的混合溶液中，因为HAC的电离能力大于AC-的水解能力，所以，溶液呈酸性。溶液中离子浓度的大小为：[CH3COO-]＞[Na+]＞[H+]＞[OH-]。另还可用电荷恒等式：[Na+]+[H+]=[CH3COO-]+[OH-]，因为溶液显酸性，[H+]大，[OH-]就小，等式要成立，所以[Na+]小，[CH3COO-]大，故[CH3COO-]＞[Na+]＞[H+]＞[OH-]。

2.同浓度的NH4C1和NH3•H2O的混合溶液中，因为NH3•H2O的电离能力大于NH4+的水解能力，所以溶液呈碱性。溶液中离子浓度的大小为：[NH4+]＞[C1-]＞[OH-]＞[H+](同上)。

3.HCO3-的电离能力弱于水解能力，溶液呈碱性。

4.HSO3-的电离能力强于水解能力，溶液呈酸性。

5.H2PO4-的电离能力强于水解能力，溶液呈酸性。

6.HPO4-的电离能力弱于水解能力，溶液呈碱性。

例：NaHCO3浓度大小顺序：

因为NaHCO3溶液显碱性，并且是全部电离。

HCO3-+H2OH2CO3+OH-①(水解为主)

HCO3-H++CO32-②(电离为辅)

H2OH++OH-③更微弱

由于①＞③，所以[Na+]＞[HCO3-]＞[OH-]＞[H+]＞[CO32-]

例：NaHSO3溶液中各离子浓度大小顺序：

因为NaHSO3溶液显酸性，并且是全部电离。

HSO3-+H2OH2SO3+OH-①（水解为辅）

H2OH++OH-③更微弱

∴[Na+]＞[HSO3-]＞[H+]＞[SO32-]＞[OH-]

以上可以把它当作是公式记住。例如：NaHB溶液显酸性，则[Na+]＞[HB-]＞[H+]＞[B-]＞[OH-]。

四、综合应用

例1：下列溶液中微粒浓度关系一定正确的是()。

A．氨水与氯化铵的pH=7的混合溶液中：c(Cl-)＞c(NH4+)

B．pH=2的一元酸和pH=12的一元强碱等体积混合：c(OH－)=c(H+)

C．0.1mol•L－1的硫酸铵溶液中：c(NH4+)＞c(SO42－)＞c(H+)

D．0.1mol•L－1的硫化钠溶液中：c(OH－)=c(H+)+c(HS－)+c(H2S)

解析：据氨水和氯化铵混合溶液的pH=7时，溶液中c(OH－)=c(OH－)，根据电荷守恒则c(Cl－)=c(NH4+)，A错；由于pH\2的酸的强弱未知，当其是强酸正确，当其是弱酸时，酸过量，则溶液中c(OH－)＞c(OH－)，B错；1mol.L－1的硫酸铵溶液中，铵根离子部分水解，据物质的组成可知：c(NH4+)＞c(SO42－)＞c(H+)，C对；1mol.L－1的硫化钠溶液中，根据质子守恒，可知c(OH－)=c(H+)+c(HS－)+2c(H2S)，D错。答案：C。

例2：某二元酸(化学式用H2B表示)在水中的电离方程式是：H2B＝H++HB-；HB-H++B2-

完成下列问题：

(1)Na2B溶液显_________(填“酸性”“中性”或“碱性”)，理由是________________。(用离子方程式表示)

(2)在0.1mo1/L的Na2B溶液中，下列粒子浓度关系式正确的是________。

A.c(B2-)+c(HB-)+c(H2B)=0.1mo1/L

B.c(Na+)+c(OH-)=c(H+)+c(HB-)

C.c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HB-)+2c(B2-)

D.c(Na+)=2c(B2-)+2c(HB-)

(3)已知0.1mol•L-1NaHB溶液的pH=2，则0.1mol•L-1H2B溶液中氢离子的物质的量浓度可能是_________0.11mo1/L(填“＜”“＞”或“=”)，由是__________________。

(4)0.1mo1/LNaHB溶液中各种离子浓度由大到小的顺序是________________。

解析：本题无论是判断溶液的酸碱性还是比较离子浓度的相对大小，都与盐类水解有关，但是它与一般盐类水解的题目不同之处是弱中有强，即H2B第一步电离是完全电离，第二步不完全电离。这就要求我们做题时要抓住关键点，否则会出错。

由H2B=H++HB-(全电离)，HB-H++B2-(部分电离)，所以盐中B2-将水解，而HB-不水解，故Na2B显碱性，原因是B2-+H2OHB-+OH-。在NaB溶液中存在：Na2B=2Na++B2-，B2-+H2OHB-+OH-，H2OH++OH-。

由物料守恒知c(Na+)=2c(B2-)+2c(HB-)=0.2mo1/L。由电荷守恒知c(Na+)+c(H+)=2c(B2-)+c(OH-)+c(HB-)。在NaHB溶液中，NaHB=Na++HB-、HB-H++B2-、H2OH++OH-。

已知0.1mo1/LNaHB溶液的pH=2，说明其c(H+)=0.1mo1/L，主要是HB-电离产生的。在H2B溶液中，第一步电离产生H+抑制了第二步电离，所以，0.11mo1/LH2B溶液中c(H+)＜0.1mo1/L在NaHB(aq)中各离子浓度大小顺序为：c(Na+)＞c(HB-)＞c(H+)＞c(B2-)＞c(OH-)。

答案：(1)碱性，B2-+H2OHB-+OH-；(2)C、D；(3)＜，H2B第一步电离产生的H+，抑制了HB-的电离；(4)c(Na+)＞c(HB-)＞c(H+)＞c(B2-)＞c(OH-)

参考文献：

[1]许嘉璐.中国化学教学百科全书——化学卷[M].沈阳：沈阳出版社，2009.

[2]任志鸿.高中全程复习优化设计——化学[M].北京：学苑出版社，2004.

作者单位：云南省腾冲第八中学

邮政编码：679100

ABriefAnalysisofIonsConcentrationinElectrolyteSolution

CUNZhi

Abstract:ThejudgmentofionsconcentrationisthehotpointinNMT.Thispapersumsupthemethodsandstandardsofjudgingionsconcentration.

Keywords:ionsconcentration;balance;conservation