题目

等体积等浓度碳酸钠 碳酸 混合,求离子浓度大小顺序排列

提问时间：2020-10-05

答案

等体积等浓度碳酸钠 碳酸 混合时恰好发生如下反应：
Na2CO3₃+ CO2₂+ H2O ==== 2NaHCO3
所得溶液正好为₃NaHCO3溶液.
关于NaHCO3溶液中离子浓度的排序问题一直是电解质溶液教学中不可回避的常见问题之一,经常出现在一些试题或试卷中,同时对这一问题的认识在老师之间也存在着较大的差异,通常最常见的观点有两种：
1．[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[H+]>[CO32-]
2．[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[CO32-]>[H+]
持观点为1的老师认为：在碳酸氢钠溶液中每电离1mol HCO3-,便产生1mol CO32-和1mol H+,在这个基础上在考虑水的电离,而每1mol水的电离便产生1mol H+和1mol OH-因此必有[H+]>[CO32-]；持观点2的老师认为：由于NaHCO3的水解而使溶液呈碱性,而碱性越强则[H+]的值越小,而 [CO32-]的值则会越大,因此必有[CO32-]>[H+]；仔细分析这两种观点可以看出问题的核心是[H+]和[CO32-]的排序问题,对此我们认为两种观点的分析都有一定的道理,那么那种观点更符合实际情况呢?带着这个问题我们进行了如下分析：
一.分析问题的准备知识：
1.根据气体交换动力学,CO2在气液界面的平衡时间常需数日,因此为方便起见,我们把NaHCO3溶液体系看成是封闭体系并加以研究.
2.由于[H2CO3]/[CO2(aq)]=10-3,且CO2(aq)+H2O=H2CO3的速率很小,所以我们把CO2(aq)和H2CO3 两种物质和并成一种假象物质H2CO3*,且根据我们的实验和有关资料,在18-25℃时有：
①Ka1={[H+][HCO3-]/[ H2CO3*]}=10-6.3
②Ka2={[H+][CO32-]/[HCO3-]}=10-10.3
③[H+]={ Ka1(Ka2([HCO3-]+Kw))/(Ka1+[HCO3-])}1/2
④并测得在18℃时,质量分数为8%饱和NaHCO3溶液的密度为1.0581g/ml
二.定性及定量分析过程:
1.定性分析过程:从两种排序情况看主要的区别是[H+]和[CO32-]的排序问题,不难想象当CNaHCO3的浓度很小很小时,水的电离是主要的,此时应有[H+]>[CO32-];但如果是CNaHCO3的浓度很大,此时溶液碱性较强,此时应有[CO32-]>[H+],所以该问题的关键是确定某一浓度,进而根据这一浓度确定[H+]和[CO32-]的排序问题.
2.定量分析过程:
(1)设[H+]=[CO32-],则由②③可得PH=7.65,进一步结合①②③可得此时的碳酸氢钠溶液的浓度,计算结果为:
CNaHCO3=10-5mol/l
(2)设[H+]CNaHCO3>10-5mol/l
(3)设[H+]>[CO32-],按同(1)的方法计算,即可得到此时的碳酸氢钠溶液的浓度应满足:
010^-5mol/l
因此我们认为在一般情况下NaHCO3溶液中离子浓度的大小排为:[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[CO32-]>[H+],更符合实际情况.