项目
内容
课标主题
选择性必修 1 · 主题 3 水溶液中的离子反应与平衡(综合应用;课标没有单独条目,属于主题 3 各节的归纳与综合)
人教版(2019)
选择性必修 1 第三章“水溶液中的离子反应与平衡”的归纳与整理;教材没有专节,分散在各节
考试地位
新高考选择题必考:粒子浓度大小比较、三大守恒式、分布系数图、滴定过程中的粒子关系;常与第 25–28 章综合
前置知识
第 25 章电离平衡、第 26 章水的电离与 pH、第 27 章盐类水解、第 28 章沉淀溶解平衡、第 1 章电荷守恒、第 23 章 Q Q Q 与 K K K
单一溶液里,粒子浓度的大小比较还可以靠“谁强显谁性”定性判断;一旦把酸和盐混合、把滴定进行到一半、或者把 pH 调到某个值,粒子之间的相对大小就不再直观。这一章把判断工具收拢成三样:三大守恒 (电荷、物料、质子)给出等式,K a K_a K a 、K h K_h K h 、K w K_\mathrm{w} K w 给出定量关系,分布系数图和 lg \lg lg 比值图 把“谁多谁少”画成曲线。第 25–28 章的常数和判据,在这里汇合。
知识点
一句话
考试中
29.2 三大守恒
电荷守恒、物料守恒、质子守恒;质子守恒可由前两者相加减得到
写守恒式、判断选项正误
29.3 单一溶液中粒子浓度的大小比较
先看酸碱性,再用守恒和 K K K 比较;N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 、N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 、C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 、N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 是典型
选择题必考
29.4 混合溶液与滴定过程中的粒子浓度关系
缓冲溶液、滴定四个特殊点;用电荷、物料和 K K K 联立
选择题常考;与滴定曲线综合
29.5 分布系数图像与 lg \lg lg 比值图像
δ \delta δ –pH 图是 S 形曲线;lg c ( A X − ) c ( H A ) \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} lg c ( HA ) c ( A X − ) –pH 图是斜率 1 的直线
读图判断 p K a pK_a p K a 、粒子多少
29.6 用 K K K 定量判断
给定 pH 或浓度,用 K a K_a K a 、K h K_h K h 、K w K_\mathrm{w} K w 算比值,判断谁大谁小
选择题和计算题
宏观 :任何电解质溶液都同时满足三条“账”:电荷收支平衡(溶液不带电)、某种元素或原子团的总量不变(物料守恒)、得失质子的数目相等(质子守恒)。三条账互相联系,质子守恒可以由电荷守恒和物料守恒相减得到。
微观 :以 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液为例。N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 完全电离出 N a X + \ce{Na+} Na X + 和 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − ;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 水解生成 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 ,同时产生 O H X − \ce{OH-} OH X − ;水本身也电离出 H X + \ce{H+} H X + 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 。所有带电粒子必须满足电荷守恒;所有含碳粒子必须满足物料守恒;所有由水或酸根得失质子产生的粒子必须满足质子守恒。
符号 :三种守恒的写法。
电荷守恒 :溶液中阳离子所带正电荷总浓度等于阴离子所带负电荷总浓度。每种离子的浓度要乘以它的电荷数。
以 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液为例:
c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − )
物料守恒 :某元素或原子团在溶液中的总浓度等于它在各物种中的浓度之和(乘以相应的原子数)。
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液中,Na 与 C 的物质的量之比为 2 : 1 2:1 2 : 1 :
c ( N a X + ) = 2 [ c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) ] c(\ce{Na+}) = 2\left[c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3})\right] c ( Na X + ) = 2 [ c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 ) ]
质子守恒 :得质子的物种得到的质子总数等于失质子的物种失去的质子总数。写的时候先选“参考物种”(通常是原始的酸根或水),再看它得到或失去几个质子。
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液中,以 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 和 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O 为参考:
c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 )
质子守恒的第二种写法 :用电荷守恒减去物料守恒(消去 N a X + \ce{Na+} Na X + ),也能得到同一个式子。两种方法结果相同,考场上选不容易错的一种。
几个典型溶液的守恒式:
溶液
电荷守恒
物料守恒
质子守恒
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3
c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − )
c ( N a X + ) = 2 [ c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) ] c(\ce{Na+}) = 2[c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3})] c ( Na X + ) = 2 [ c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 )]
c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 )
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3
c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − )
c ( N a X + ) = c ( H X 2 C O X 3 ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{H2CO3}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) = c ( H X 2 CO X 3 ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( CO X 3 X 2 − )
c ( H X + ) + c ( H X 2 C O X 3 ) = c ( O H X − ) + c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{H+}) + c(\ce{H2CO3}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CO3^2-}) c ( H X + ) + c ( H X 2 CO X 3 ) = c ( OH X − ) + c ( CO X 3 X 2 − )
C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa
c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CH3COO-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( CH X 3 COO X − )
c ( N a X + ) = c ( C H X 3 C O O X − ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{CH3COO-}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( Na X + ) = c ( CH X 3 COO X − ) + c ( CH X 3 COOH )
c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( CH X 3 COOH )
N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl
c ( N H X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( C l X − ) + c ( O H X − ) c(\ce{NH4+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{Cl-}) + c(\ce{OH-}) c ( NH X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( Cl X − ) + c ( OH X − )
c ( C l X − ) = c ( N H X 4 X + ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{Cl-}) = c(\ce{NH4+}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( Cl X − ) = c ( NH X 4 X + ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O )
c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O )
题目给一个盐溶液,要求写出电荷守恒、物料守恒、质子守恒 → 先写电离和水解方程式,列出所有含该元素的粒子 → 按三种守恒的定义写。
选择题给出几个等式,问哪个正确 → 先判断是哪种守恒 → 电荷守恒看电荷数是否乘对,物料守恒看元素比例,质子守恒看参考物种和质子数。
题目问“用电荷守恒和物料守恒推出质子守恒” → 把电荷守恒中的 N a X + \ce{Na+} Na X + 用物料守恒替换,消去不水解的离子 → 整理即得。
混合溶液(如 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 与 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa )写守恒 → 电荷守恒照写;物料守恒要把两种来源的酸和盐加在一起;质子守恒可以不用,改用 K a K_a K a 和电荷、物料联立。
电荷守恒中每种离子的浓度要乘以电荷数:2 c ( C O X 3 X 2 − ) 2c(\ce{CO3^2-}) 2 c ( CO X 3 X 2 − ) 、2 c ( S O X 4 X 2 − ) 2c(\ce{SO4^2-}) 2 c ( SO X 4 X 2 − ) ,不要漏乘。
物料守恒看的是“某元素或原子团的总量”,不是“某一种离子的量”。N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 中 Na 与 C 的比例是 2 : 1 2:1 2 : 1 ,所以 N a X + \ce{Na+} Na X + 的浓度是含碳粒子总浓度的 2 倍。
质子守恒的参考物种要选对:N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 以 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 和 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O 为参考;N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 以 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 和 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O 为参考;参考物种不同,式子的形式不同,但等价。
质子守恒中,得到或失去几个质子,系数就是几:C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 变成 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 得到 2 个质子,所以 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 前的系数是 2。
不要把电荷守恒和质子守恒混在一起:电荷守恒里有 N a X + \ce{Na+} Na X + 、C l X − \ce{Cl-} Cl X − 等不参与质子转移的离子;质子守恒里通常没有它们。
混合溶液的物料守恒要按“加入的物质的量”写,不能只看某一种溶质。
守恒式对任何浓度、任何温度都成立(同一溶液),不受平衡移动影响;但具体浓度大小会随条件变。
电荷守恒为什么成立 :溶液整体呈电中性,不能带净电荷。阳离子带的正电荷总量必须等于阴离子带的负电荷总量。每个 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 带 2 个负电荷,所以它的贡献是 2 c ( C O X 3 X 2 − ) 2c(\ce{CO3^2-}) 2 c ( CO X 3 X 2 − ) (关键一步 :守恒的是电荷,不是离子个数;二价离子的浓度要乘 2)。
物料守恒为什么成立 :化学反应只是原子重新组合,某种元素的原子总数不变。N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶解后,Na 原子和 C 原子的比例仍是 2 : 1 2:1 2 : 1 ;C 原子分布在 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 三种粒子里,所以 N a X + \ce{Na+} Na X + 的浓度等于含碳粒子总浓度的 2 倍。
质子守恒为什么成立 :水或酸根得到、失去质子的总数相等。以 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 为例,C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 得到 1 个质子变成 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − ,得到 2 个质子变成 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 ;水失去 1 个质子变成 O H X − \ce{OH-} OH X − ,得到 1 个质子变成 H X 3 O X + \ce{H3O+} H X 3 O X + (即 H X + \ce{H+} H X + )。把“得到的质子”和“失去的质子”分别列在两边,就得到质子守恒(关键一步 :质子守恒可以由电荷守恒和物料守恒相减得到,因为两者都包含 N a X + \ce{Na+} Na X + ,相减正好消去不参与质子转移的离子)。
例 1 (场景:写 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 的三大守恒)写出 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液的电荷守恒、物料守恒和质子守恒。
解 :
电荷守恒 :c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − ) 。
物料守恒 :c ( N a X + ) = 2 [ c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) ] c(\ce{Na+}) = 2[c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3})] c ( Na X + ) = 2 [ c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 )] 。
质子守恒 :c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 ) 。
检验 :把物料守恒代入电荷守恒,消去 c ( N a X + ) c(\ce{Na+}) c ( Na X + ) ,整理得质子守恒;三式一致。
例 2 (场景:写 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 的三大守恒)写出 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液的三大守恒。
解 :
电荷守恒 :c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − ) 。
物料守恒 :c ( N a X + ) = c ( H X 2 C O X 3 ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{H2CO3}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) = c ( H X 2 CO X 3 ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( CO X 3 X 2 − ) 。
质子守恒 :c ( H X + ) + c ( H X 2 C O X 3 ) = c ( O H X − ) + c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{H+}) + c(\ce{H2CO3}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CO3^2-}) c ( H X + ) + c ( H X 2 CO X 3 ) = c ( OH X − ) + c ( CO X 3 X 2 − ) 。
检验 :以 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 和 H X 2 O \ce{H2O} H X 2 O 为参考,H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 得 1 个质子变 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 ,失 1 个质子变 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − ;水得/失质子对应 H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − ,整理即得。
例 3 (场景:写 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 的三大守恒)写出 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液的三大守恒。
解 :
电荷守恒 :c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CH3COO-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( CH X 3 COO X − ) 。
物料守恒 :c ( N a X + ) = c ( C H X 3 C O O X − ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{CH3COO-}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( Na X + ) = c ( CH X 3 COO X − ) + c ( CH X 3 COOH ) 。
质子守恒 :c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( CH X 3 COOH ) 。
检验 :把物料守恒代入电荷守恒,消去 c ( N a X + ) c(\ce{Na+}) c ( Na X + ) ,得 c ( C H X 3 C O O X − ) + c ( C H X 3 C O O H ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COO-}) + c(\ce{CH3COOH}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COO X − ) + c ( CH X 3 COOH ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( CH X 3 COO X − ) ,整理即质子守恒。
例 4 (场景:写 N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 的三大守恒)写出 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 溶液的三大守恒。
解 :
电荷守恒 :c ( N H X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( C l X − ) + c ( O H X − ) c(\ce{NH4+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{Cl-}) + c(\ce{OH-}) c ( NH X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( Cl X − ) + c ( OH X − ) 。
物料守恒 :c ( C l X − ) = c ( N H X 4 X + ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{Cl-}) = c(\ce{NH4+}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( Cl X − ) = c ( NH X 4 X + ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) 。
质子守恒 :c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) 。
检验 :N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 失去 1 个质子变 N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O ,水得到/失去质子对应 H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − ;电荷守恒代入物料守恒,消去 C l X − \ce{Cl-} Cl X − ,整理一致。
例 5 (场景:混合溶液的守恒)将 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 溶液与 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液等体积混合。写出电荷守恒和物料守恒。
解 :
电荷守恒 :c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CH3COO-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( CH X 3 COO X − ) 。
物料守恒 :混合后 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 和 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 的起始浓度各为 0.05 m o l / L 0.05\ \mathrm{mol/L} 0.05 mol/L (等体积混合,浓度减半),所以
c ( C H X 3 C O O H ) + c ( C H X 3 C O O X − ) = 0.10 m o l / L , c ( N a X + ) = 0.05 m o l / L c(\ce{CH3COOH}) + c(\ce{CH3COO-}) = 0.10\ \mathrm{mol/L}, \qquad c(\ce{Na+}) = 0.05\ \mathrm{mol/L} c ( CH X 3 COOH ) + c ( CH X 3 COO X − ) = 0.10 mol/L , c ( Na X + ) = 0.05 mol/L
检验 :物料守恒中“含醋酸根的粒子”总量等于两种来源之和;N a X + \ce{Na+} Na X + 只来自醋酸钠,浓度为 0.05 m o l / L 0.05\ \mathrm{mol/L} 0.05 mol/L 。
电荷守恒:c ( 阳离子 ) × c(\text{阳离子}) \times c ( 阳离子 ) × 电荷数之和 = c ( 阴离子 ) × = c(\text{阴离子}) \times = c ( 阴离子 ) × 电荷数之和。
物料守恒:某元素的总浓度 = 各物种浓度 × 该物种中该元素的原子数之和。
质子守恒:得质子物种的浓度 × 得质子数 = 失质子物种的浓度 × 失质子数;参考物种通常选原酸根和水。
质子守恒 = 电荷守恒 − 物料守恒(消去不参与质子转移的旁观离子)。
混合溶液:物料守恒按“加入量”写;电荷守恒照常写;质子守恒可改用 K K K 和电荷、物料联立。
错在哪 :电荷守恒中写 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 而不乘 2。
为什么错 :规范性错误。守恒的是电荷,C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 带 2 个负电荷。
正确做法 :写 2 c ( C O X 3 X 2 − ) 2c(\ce{CO3^2-}) 2 c ( CO X 3 X 2 − ) 。
错在哪 :N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 的物料守恒写成 c ( N a X + ) = c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3}) c ( Na X + ) = c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 ) 。
为什么错 :理解性错误。Na 与 C 的物质的量之比是 2 : 1 2:1 2 : 1 ,N a X + \ce{Na+} Na X + 应是含碳粒子总浓度的 2 倍。
正确做法 :c ( N a X + ) = 2 [ ⋯ ] c(\ce{Na+}) = 2[\cdots] c ( Na X + ) = 2 [ ⋯ ] 。
错在哪 :N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 的质子守恒写成 c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( H X 2 CO X 3 ) 。
为什么错 :理解性错误。H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 既能得质子变 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 ,也能失质子变 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − ,两边都要算。
正确做法 :c ( H X + ) + c ( H X 2 C O X 3 ) = c ( O H X − ) + c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{H+}) + c(\ce{H2CO3}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CO3^2-}) c ( H X + ) + c ( H X 2 CO X 3 ) = c ( OH X − ) + c ( CO X 3 X 2 − ) 。
三大守恒像三本账:电荷守恒是“收支平衡”,物料守恒是“某种钞票的总张数不变”,质子守恒是“借出去几个质子,就有人还回来几个”。三本账可以互相核对;如果一本账算错,另两本对不上。
前置:第 1 章电荷守恒、第 25–28 章电离、水解、沉淀平衡。
前置:第 23 章 Q Q Q 与 K K K ,守恒式常和平衡常数联立。
后续:29.3 单一溶液浓度比较,用守恒式判断大小。
后续:29.4 混合溶液和滴定过程,守恒式 + K K K 。
后续:29.5 分布系数图,把守恒式画成曲线。
常一起考:第 26 章 pH 计算、第 27 章水解、第 28 章沉淀。
宏观 :0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L 的 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液、N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液、N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液、N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 溶液,粒子浓度的大小顺序各不相同。这些顺序不是背出来的,而是由“谁水解、谁电离、水解和电离谁强”加上三大守恒推出来的。
微观 :单一溶液里,粒子分成三类:不水解的旁观离子(N a X + \ce{Na+} Na X + 、C l X − \ce{Cl-} Cl X − 等)、弱酸根或弱碱根及其水解产物、H X + \ce{H+} H X + 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 。比较顺序时,先看浓度最大的旁观离子和原酸根(或原阳离子),再用质子守恒比较 H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 与水解产物,最后用 K w K_\mathrm{w} K w 比较 H X + \ce{H+} H X + 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 。
符号 :常见单一溶液的顺序(0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L ,25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C ):
溶液
粒子浓度由大到小
关键依据
C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa
c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + )
水解产生等量的 O H X − \ce{OH-} OH X − 和 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,O H X − \ce{OH-} OH X − 还含水的贡献,略大
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3
c ( N a X + ) > c ( C O X 3 X 2 − ) > c ( O H X − ) > c ( H C O X 3 X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CO3^2-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{HCO3-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CO X 3 X 2 − ) > c ( OH X − ) > c ( HCO X 3 X − ) > c ( H X + )
第一步水解为主;质子守恒 c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 )
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3
c ( N a X + ) > c ( H C O X 3 X − ) > c ( C O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 C O X 3 ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{HCO3-}) > c(\ce{CO3^2-}) \approx c(\ce{H2CO3}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( HCO X 3 X − ) > c ( CO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 CO X 3 ) > c ( OH X − ) > c ( H X + )
水解和电离都发生;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 与 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 都约 10 − 3 m o l / L 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 3 mol/L ,远大于 O H X − \ce{OH-} OH X −
N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl
c ( C l X − ) > c ( N H X 4 X + ) > c ( H X + ) > c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( O H X − ) c(\ce{Cl-}) > c(\ce{NH4+}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{NH3.H2O}) > c(\ce{OH-}) c ( Cl X − ) > c ( NH X 4 X + ) > c ( H X + ) > c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( OH X − )
质子守恒 c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O )
N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3
c ( N a X + ) > c ( H S O X 3 X − ) > c ( S O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 S O X 3 ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{HSO3-}) > c(\ce{SO3^2-}) \approx c(\ce{H2SO3}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( Na X + ) > c ( HSO X 3 X − ) > c ( SO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 SO X 3 ) > c ( H X + ) > c ( OH X − )
电离大于水解;S O X 3 X 2 − \ce{SO3^2-} SO X 3 X 2 − 与 H X 2 S O X 3 \ce{H2SO3} H X 2 SO X 3 都约 10 − 4 m o l / L 10^{-4}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 4 mol/L
题目给一种盐溶液,要求按粒子浓度由大到小排序 → 先找最大的旁观离子和原酸根(或原阳离子),再用质子守恒排 O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 与水解产物 → 对照上表。
选择题给出一个不等式,问是否正确 → 逐项看:是否漏了水解产物、是否把 H X + \ce{H+} H X + 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 的大小弄反、是否把 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 的顺序弄反。
题目问“N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液中 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 与 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 谁大” → 不能凭“碱性弱”就认为 O H X − \ce{OH-} OH X − 大;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 来自 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离,约 10 − 3 m o l / L 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 3 mol/L ,而 O H X − \ce{OH-} OH X − 只有约 10 − 6 m o l / L 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 6 mol/L → C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 大。
题目给酸式盐,问酸碱性及粒子顺序 → 先比较 K h K_h K h 和 K a K_a K a ,判断水解还是电离占优势 → 再排顺序。
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液里,c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 和 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{H2CO3}) c ( H X 2 CO X 3 ) 都比 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 大。这是最常见的易错点:H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离产生 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − ,水解产生 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 ,两者都约 10 − 3 m o l / L 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 3 mol/L ;溶液只是弱碱性,O H X − \ce{OH-} OH X − 只有约 10 − 6 m o l / L 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 6 mol/L 。
N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 溶液显酸性,但 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 不一定比 c ( S O X 3 X 2 − ) c(\ce{SO3^2-}) c ( SO X 3 X 2 − ) 大;本例中 c ( S O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 S O X 3 ) ≈ 2.6 × 10 − 4 m o l / L c(\ce{SO3^2-}) \approx c(\ce{H2SO3}) \approx 2.6 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol/L} c ( SO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 SO X 3 ) ≈ 2.6 × 1 0 − 4 mol/L ,而 c ( H X + ) ≈ 3.9 × 10 − 5 m o l / L c(\ce{H+}) \approx 3.9 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} c ( H X + ) ≈ 3.9 × 1 0 − 5 mol/L ,所以 H X + \ce{H+} H X + 排在它们后面。
不要把“溶液显碱性”等同于“c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 一定大于所有酸根”。碱性强弱看 O H X − \ce{OH-} OH X − 与 H X + \ce{H+} H X + 的相对大小;酸根浓度可能远大于 O H X − \ce{OH-} OH X − 。
旁观离子通常是最大的:N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 中 N a X + \ce{Na+} Na X + 最大,N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 中 C l X − \ce{Cl-} Cl X − 最大,N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 中 N a X + \ce{Na+} Na X + 最大;极稀溶液或混合体系中不一定,要按实际浓度算。
上述顺序适用于“浓度不太稀”的溶液(约 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L );极稀时水的电离不能忽略,顺序可能变化。
温度改变时,K w K_\mathrm{w} K w 、K a K_a K a 、K h K_h K h 都变,顺序可能变;高中题目默认 25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 。
C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 的顺序怎么推 :C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 水解生成等量的 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 和 O H X − \ce{OH-} OH X − ;但水本身也电离出 O H X − \ce{OH-} OH X − ,所以 c ( O H X − ) = c ( C H X 3 C O O H ) + c ( H X + ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{CH3COOH}) + c(\ce{H+}) c ( OH X − ) = c ( CH X 3 COOH ) + c ( H X + ) ,c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 略大于 c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{CH3COOH}) c ( CH X 3 COOH ) ;c ( C H X 3 C O O H ) ≫ c ( H X + ) c(\ce{CH3COOH}) \gg c(\ce{H+}) c ( CH X 3 COOH ) ≫ c ( H X + ) ,所以顺序是 N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + (关键一步 :先用水解方程式确定“等量关系”,再用质子守恒修正“谁略大”)。
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 的顺序怎么推 :第一步水解 C O X 3 X 2 − + H X 2 O ⇌ H C O X 3 X − + O H X − \ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-} CO X 3 X 2 − + H X 2 O HCO X 3 X − + OH X − 为主,产生等量的 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 和 O H X − \ce{OH-} OH X − ;第二步水解和水的电离也贡献 O H X − \ce{OH-} OH X − ,所以 c ( O H X − ) > c ( H C O X 3 X − ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{HCO3-}) c ( OH X − ) > c ( HCO X 3 X − ) 。N a X + \ce{Na+} Na X + 是旁观离子,浓度为 0.2 m o l / L 0.2\ \mathrm{mol/L} 0.2 mol/L ,最大;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 只水解了一小部分,仍大于 O H X − \ce{OH-} OH X − ;H X + \ce{H+} H X + 最小。顺序为 N a X + > C O X 3 X 2 − > O H X − > H C O X 3 X − > H X + \ce{Na+} > \ce{CO3^2-} > \ce{OH-} > \ce{HCO3-} > \ce{H+} Na X + > CO X 3 X 2 − > OH X − > HCO X 3 X − > H X + 。
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 的顺序怎么推 :H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 既能电离(K a 2 = 4.7 × 10 − 11 K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11} K a 2 = 4.7 × 1 0 − 11 )又能水解(K h = 2.2 × 10 − 8 K_h = 2.2 \times 10^{-8} K h = 2.2 × 1 0 − 8 ),水解略占优势,溶液显弱碱性。但 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 的浓度约 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L ,电离和水解都只有约 10 − 3 10^{-3} 1 0 − 3 被转化,所以 c ( C O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 C O X 3 ) ≈ 10 − 3 m o l / L c(\ce{CO3^2-}) \approx c(\ce{H2CO3}) \approx 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} c ( CO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 CO X 3 ) ≈ 1 0 − 3 mol/L ;O H X − \ce{OH-} OH X − 由水解产生,约 10 − 6 m o l / L 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 6 mol/L ;H X + \ce{H+} H X + 由水的电离和 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离产生,约 5 × 10 − 9 m o l / L 5 \times 10^{-9}\ \mathrm{mol/L} 5 × 1 0 − 9 mol/L 。所以顺序为 N a X + > H C O X 3 X − > C O X 3 X 2 − ≈ H X 2 C O X 3 > O H X − > H X + \ce{Na+} > \ce{HCO3-} > \ce{CO3^2-} \approx \ce{H2CO3} > \ce{OH-} > \ce{H+} Na X + > HCO X 3 X − > CO X 3 X 2 − ≈ H X 2 CO X 3 > OH X − > H X + (关键一步 :不要因为“碱性弱”就认为 O H X − \ce{OH-} OH X − 大于 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − ;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 是 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离的产物,浓度由 K a 2 K_{a2} K a 2 和 H X + \ce{H+} H X + 共同决定)。
N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 的顺序怎么推 :N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 水解生成等量的 N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O 和 H X + \ce{H+} H X + ;水也电离出 H X + \ce{H+} H X + ,所以 c ( H X + ) = c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) + c ( O H X − ) c(\ce{H+}) = c(\ce{NH3.H2O}) + c(\ce{OH-}) c ( H X + ) = c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) + c ( OH X − ) ,c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 略大于 c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{NH3.H2O}) c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) ;C l X − \ce{Cl-} Cl X − 是旁观离子,最大;N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 水解了一小部分,略小于 C l X − \ce{Cl-} Cl X − ;O H X − \ce{OH-} OH X − 最小。顺序为 C l X − > N H X 4 X + > H X + > N H X 3 ⋅ H X 2 O > O H X − \ce{Cl-} > \ce{NH4+} > \ce{H+} > \ce{NH3.H2O} > \ce{OH-} Cl X − > NH X 4 X + > H X + > NH X 3 ⋅ H X 2 O > OH X − 。
例 1 (场景:C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 的粒子顺序)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液中,按浓度由大到小排列下列粒子:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 水解,溶液显碱性;质子守恒 c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( CH X 3 COOH ) 。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) 。
检验 :N a X + \ce{Na+} Na X + 不水解,最大;C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 只水解一小部分,次之;O H X − \ce{OH-} OH X − 略大于 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH (因为水也贡献 O H X − \ce{OH-} OH X − );H X + \ce{H+} H X + 最小。
例 2 (场景:N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 的粒子顺序)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液中,按浓度由大到小排列:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 分步水解,第一步为主;质子守恒 c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 ) 。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( C O X 3 X 2 − ) > c ( O H X − ) > c ( H C O X 3 X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CO3^2-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{HCO3-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CO X 3 X 2 − ) > c ( OH X − ) > c ( HCO X 3 X − ) > c ( H X + ) 。
检验 :N a X + \ce{Na+} Na X + 最大;C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 只水解一小部分;O H X − \ce{OH-} OH X − 略大于 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − (第二步水解和水电离补充);H X + \ce{H+} H X + 最小。
例 3 (场景:N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 的“反直觉”顺序)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液中,c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 和 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 哪个大?按浓度由大到小排列:N a X + \ce{Na+} Na X + 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 、H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 既能电离(K a 2 = 4.7 × 10 − 11 K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11} K a 2 = 4.7 × 1 0 − 11 )又能水解(K h = 2.2 × 10 − 8 K_h = 2.2 \times 10^{-8} K h = 2.2 × 1 0 − 8 );溶液显弱碱性,但 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 是电离产物,浓度约 10 − 3 m o l / L 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 3 mol/L ,而 O H X − \ce{OH-} OH X − 约 10 − 6 m o l / L 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 6 mol/L 。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( H C O X 3 X − ) > c ( C O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 C O X 3 ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{HCO3-}) > c(\ce{CO3^2-}) \approx c(\ce{H2CO3}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( HCO X 3 X − ) > c ( CO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 CO X 3 ) > c ( OH X − ) > c ( H X + ) 。
检验 :c ( C O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{CO3^2-}) \approx c(\ce{H2CO3}) c ( CO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 CO X 3 ) ,因为 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离和水解的程度相近;两者都远大于 O H X − \ce{OH-} OH X − ;H X + \ce{H+} H X + 最小。这个顺序与“N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 显碱性”并不矛盾:碱性只看 O H X − \ce{OH-} OH X − 与 H X + \ce{H+} H X + 的相对大小,不看 O H X − \ce{OH-} OH X − 是否大于所有酸根。
容易卡在:认为碱性溶液里 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 一定大于 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 。C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 的浓度由 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离平衡决定,可以比 O H X − \ce{OH-} OH X − 大几个数量级。
例 4 (场景:N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 的粒子顺序)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 溶液中,按浓度由大到小排列:C l X − \ce{Cl-} Cl X − 、N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 、H X + \ce{H+} H X + 、N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
解 :
判断依据 :N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 水解显酸性;质子守恒 c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{NH3.H2O}) c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) 。
顺序 :c ( C l X − ) > c ( N H X 4 X + ) > c ( H X + ) > c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( O H X − ) c(\ce{Cl-}) > c(\ce{NH4+}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{NH3.H2O}) > c(\ce{OH-}) c ( Cl X − ) > c ( NH X 4 X + ) > c ( H X + ) > c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( OH X − ) 。
检验 :C l X − \ce{Cl-} Cl X − 不水解,最大;N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 水解一小部分,略小;H X + \ce{H+} H X + 略大于 N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O (水也贡献 H X + \ce{H+} H X + );O H X − \ce{OH-} OH X − 最小。
例 5 (场景:酸式盐 N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 )25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 溶液显酸性。按浓度由大到小排列:N a X + \ce{Na+} Na X + 、H S O X 3 X − \ce{HSO3-} HSO X 3 X − 、S O X 3 X 2 − \ce{SO3^2-} SO X 3 X 2 − 、H X 2 S O X 3 \ce{H2SO3} H X 2 SO X 3 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
解 :
判断依据 :H S O X 3 X − \ce{HSO3-} HSO X 3 X − 的电离(K a 2 = 1.0 × 10 − 7 K_{a2} = 1.0 \times 10^{-7} K a 2 = 1.0 × 1 0 − 7 )大于水解(K h = 6.7 × 10 − 13 K_h = 6.7 \times 10^{-13} K h = 6.7 × 1 0 − 13 ),溶液显酸性;S O X 3 X 2 − \ce{SO3^2-} SO X 3 X 2 − 和 H X 2 S O X 3 \ce{H2SO3} H X 2 SO X 3 分别来自电离和水解,浓度相近。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( H S O X 3 X − ) > c ( S O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 S O X 3 ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{HSO3-}) > c(\ce{SO3^2-}) \approx c(\ce{H2SO3}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( Na X + ) > c ( HSO X 3 X − ) > c ( SO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 SO X 3 ) > c ( H X + ) > c ( OH X − ) 。
检验 :c ( S O X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 S O X 3 ) ≈ 2.6 × 10 − 4 m o l / L c(\ce{SO3^2-}) \approx c(\ce{H2SO3}) \approx 2.6 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol/L} c ( SO X 3 X 2 − ) ≈ c ( H X 2 SO X 3 ) ≈ 2.6 × 1 0 − 4 mol/L ,c ( H X + ) ≈ 3.9 × 10 − 5 m o l / L c(\ce{H+}) \approx 3.9 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} c ( H X + ) ≈ 3.9 × 1 0 − 5 mol/L ,c ( O H X − ) ≈ 2.6 × 10 − 10 m o l / L c(\ce{OH-}) \approx 2.6 \times 10^{-10}\ \mathrm{mol/L} c ( OH X − ) ≈ 2.6 × 1 0 − 10 mol/L ;H X + \ce{H+} H X + 不是第二大,但也不是最小。
单一盐溶液的顺序:先排旁观离子和原酸根(或原阳离子),再用质子守恒排 O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 与水解产物。
C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa :N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + 。
N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 :N a X + > C O X 3 X 2 − > O H X − > H C O X 3 X − > H X + \ce{Na+} > \ce{CO3^2-} > \ce{OH-} > \ce{HCO3-} > \ce{H+} Na X + > CO X 3 X 2 − > OH X − > HCO X 3 X − > H X + 。
N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 :N a X + > H C O X 3 X − > C O X 3 X 2 − ≈ H X 2 C O X 3 > O H X − > H X + \ce{Na+} > \ce{HCO3-} > \ce{CO3^2-} \approx \ce{H2CO3} > \ce{OH-} > \ce{H+} Na X + > HCO X 3 X − > CO X 3 X 2 − ≈ H X 2 CO X 3 > OH X − > H X + 。
N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl :C l X − > N H X 4 X + > H X + > N H X 3 ⋅ H X 2 O > O H X − \ce{Cl-} > \ce{NH4+} > \ce{H+} > \ce{NH3.H2O} > \ce{OH-} Cl X − > NH X 4 X + > H X + > NH X 3 ⋅ H X 2 O > OH X − 。
N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 :N a X + > H S O X 3 X − > S O X 3 X 2 − ≈ H X 2 S O X 3 > H X + > O H X − \ce{Na+} > \ce{HSO3-} > \ce{SO3^2-} \approx \ce{H2SO3} > \ce{H+} > \ce{OH-} Na X + > HSO X 3 X − > SO X 3 X 2 − ≈ H X 2 SO X 3 > H X + > OH X − 。
碱性溶液不等于 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 大于所有酸根;酸性溶液也不等于 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 大于所有物种。
错在哪 :认为 N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液中 c ( O H X − ) > c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{CO3^2-}) c ( OH X − ) > c ( CO X 3 X 2 − ) 。
为什么错 :理解性错误。C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 是 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 电离的产物,约 10 − 3 m o l / L 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 3 mol/L ;O H X − \ce{OH-} OH X − 约 10 − 6 m o l / L 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} 1 0 − 6 mol/L 。
正确做法 :用 K a 2 K_{a2} K a 2 和 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 估算 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) ,再与 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 比较。
错在哪 :把 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 的物料守恒写成 c ( N a X + ) = c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{Na+}) = c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3}) c ( Na X + ) = c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 ) 。
为什么错 :理解性错误。Na 与 C 的比例是 2 : 1 2:1 2 : 1 。
正确做法 :c ( N a X + ) = 2 [ ⋯ ] c(\ce{Na+}) = 2[\cdots] c ( Na X + ) = 2 [ ⋯ ] 。
错在哪 :认为酸式盐溶液显酸性,就一定有 c ( H X + ) > c ( S O X 3 X 2 − ) c(\ce{H+}) > c(\ce{SO3^2-}) c ( H X + ) > c ( SO X 3 X 2 − ) 。
为什么错 :理解性错误。S O X 3 X 2 − \ce{SO3^2-} SO X 3 X 2 − 是 H S O X 3 X − \ce{HSO3-} HSO X 3 X − 电离的产物,浓度可能比 H X + \ce{H+} H X + 大。
正确做法 :用 K a 2 K_{a2} K a 2 和 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 算 c ( S O X 3 X 2 − ) c(\ce{SO3^2-}) c ( SO X 3 X 2 − ) 再比较。
单一溶液像一个“粒子家庭”:旁观离子是户口本上的人,数量最大;原酸根(或原阳离子)大部分还在,排第二;水解或电离产生的“兄弟姐妹”数量由 K K K 决定,往往成对出现(O H X − \ce{OH-} OH X − 与 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 与 N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O );H X + \ce{H+} H X + 和 O H X − \ce{OH-} OH X − 中,较小的那个往往垫底,但不绝对(N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 中 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 和 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 都比 O H X − \ce{OH-} OH X − 大)。
前置:29.2 三大守恒。
前置:第 25–28 章 K a K_a K a 、K h K_h K h 、K w K_\mathrm{w} K w 、K s p K_\mathrm{sp} K sp 。
后续:29.4 混合溶液与滴定过程,顺序随溶液组成变化。
后续:29.5 分布系数图,把“谁多谁少”画成曲线。
后续:29.6 用 K K K 定量判断。
常一起考:第 26 章 pH 计算、第 27 章水解、第 28 章沉淀。
宏观 :把弱酸和它的盐按等物质的量混合,溶液的 pH 接近 p K a pK_a p K a ,这种溶液叫缓冲溶液 ;把 N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴入醋酸,粒子浓度顺序随滴定进程不断变化:起点是醋酸溶液,半等当点是缓冲溶液,等当点是醋酸钠溶液,过量后是 N a O H \ce{NaOH} NaOH 与醋酸钠的混合物。每个特殊点都有固定的顺序。
微观 :混合溶液中,粒子来自多种溶质,物料守恒要按“加入量”写;电荷守恒照常写;酸碱平衡用 K a K_a K a 或 K b K_b K b 描述。滴定过程中,标准液不断加入,体积不断增大,所有浓度都被稀释,但粒子之间的相对大小由“谁过量、谁水解”决定。
符号 :几个典型混合体系的顺序:
体系
粒子浓度由大到小
关键依据
等浓度 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH + C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa
c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) > c ( OH X − )
缓冲溶液,p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a ;电荷守恒给出 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 略大于 N a X + \ce{Na+} Na X +
等浓度 N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O + N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl
c ( N H X 4 X + ) > c ( C l X − ) > c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{NH4+}) > c(\ce{Cl-}) > c(\ce{NH3.H2O}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( NH X 4 X + ) > c ( Cl X − ) > c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( OH X − ) > c ( H X + )
缓冲溶液,p O H ≈ p K b \mathrm{pOH} \approx \mathrm{p}K_b pOH ≈ p K b ;电荷守恒给出 N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 略大于 C l X − \ce{Cl-} Cl X −
N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,起点
c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) = c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) = c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) = c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − )
醋酸部分电离
半等当点
c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) > c ( OH X − )
c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) ,p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a
等当点
c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + )
醋酸钠水解,显碱性
过量点(少量过量)
c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( H X + )
过量的 N a O H \ce{NaOH} NaOH 与醋酸钠;过量很多时 O H X − \ce{OH-} OH X − 可超过 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X −
题目给等浓度的弱酸和它的盐,问粒子顺序 → 判断为缓冲溶液,p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a ,用电荷守恒排 A X − \ce{A-} A X − 与 N a X + \ce{Na+} Na X + 的细微大小 → 对照上表。
题目给滴定过程中的某个点(起点、半等当点、等当点、过量点),问粒子顺序 → 先判断该点的溶质组成,再按“谁过量、谁水解”排 → 不要直接套单一溶液的顺序。
题目问“半等当点时 c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{CH3COOH}) c ( CH X 3 COOH ) 与 c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COO X − ) 谁大” → 半等当点时两者近似相等;严格地用电荷守恒,C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 略大。
题目问“等当点时为什么 c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) ” → 等当点是醋酸钠溶液,水解产生等量的 O H X − \ce{OH-} OH X − 和 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,但水也贡献 O H X − \ce{OH-} OH X − ,所以 O H X − \ce{OH-} OH X − 略大。
题目给缓冲溶液的 pH 和 K a K_a K a ,问粒子比值 → 用 p H = p K a + lg c ( A X − ) c ( H A ) \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} pH = p K a + lg c ( HA ) c ( A X − ) → 直接算比值。
混合溶液的浓度是“混合后”的浓度;等体积混合时,每种溶质的浓度都要减半,不能直接用混合前的浓度。
半等当点时,c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) ,但不是严格相等;严格排序时 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 略大于 N a X + \ce{Na+} Na X + ,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 略小于 N a X + \ce{Na+} Na X + 。
等当点时,溶液是盐溶液,不是“酸和碱恰好中和成中性”;弱酸强碱盐显碱性,弱碱强酸盐显酸性。
过量点的顺序取决于过量程度:少量过量时,盐的酸根仍可能大于 O H X − \ce{OH-} OH X − ;过量很多时,O H X − \ce{OH-} OH X − 才超过酸根。不能一概写成 O H X − > A X − \ce{OH-} > \ce{A-} OH X − > A X − 。
缓冲溶液的 p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a 只在“弱酸与其盐浓度相近、且不太稀”时成立;浓度相差很大时,要用 p H = p K a + lg c ( A X − ) c ( H A ) \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} pH = p K a + lg c ( HA ) c ( A X − ) 算。
滴定过程中体积变化,所有浓度都变小,但题目通常只问相对大小,不必算具体值;要算具体值时,先算物质的量,再除以总体积。
缓冲溶液为什么 p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a :等浓度的 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 和 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 混合后,c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) 。由 K a = c ( H X + ) c ( C H X 3 C O O X − ) c ( C H X 3 C O O H ) K_a = \dfrac{c(\ce{H+})c(\ce{CH3COO-})}{c(\ce{CH3COOH})} K a = c ( CH X 3 COOH ) c ( H X + ) c ( CH X 3 COO X − ) ,得 c ( H X + ) ≈ K a c(\ce{H+}) \approx K_a c ( H X + ) ≈ K a ,所以 p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a (关键一步 :缓冲溶液的 pH 由“酸和盐的浓度比”决定,不由各自的绝对浓度决定;等浓度时,pH 就等于 p K a pK_a p K a )。
半等当点为什么是缓冲溶液 :加入一半标准液时,一半醋酸被中和成醋酸钠,剩下的醋酸和生成的醋酸钠物质的量相等,浓度也近似相等,所以溶液是缓冲溶液,p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a 。严格地,电荷守恒给出 c ( C H X 3 C O O X − ) = c ( N a X + ) + c ( H X + ) − c ( O H X − ) c(\ce{CH3COO-}) = c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) - c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COO X − ) = c ( Na X + ) + c ( H X + ) − c ( OH X − ) ,因为 c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( H X + ) > c ( OH X − ) ,所以 c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) ;物料守恒给出 c ( C H X 3 C O O H ) + c ( C H X 3 C O O X − ) = 2 c ( N a X + ) c(\ce{CH3COOH}) + c(\ce{CH3COO-}) = 2c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COOH ) + c ( CH X 3 COO X − ) = 2 c ( Na X + ) ,所以 c ( C H X 3 C O O H ) < c ( N a X + ) c(\ce{CH3COOH}) < c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COOH ) < c ( Na X + ) 。顺序为 C H X 3 C O O X − > N a X + > C H X 3 C O O H \ce{CH3COO-} > \ce{Na+} > \ce{CH3COOH} CH X 3 COO X − > Na X + > CH X 3 COOH 。
等当点为什么显碱性 :等当点时,醋酸全部变成醋酸钠,C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 水解产生 O H X − \ce{OH-} OH X − ,所以 c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( OH X − ) > c ( H X + ) ;水解产生的 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 与 O H X − \ce{OH-} OH X − 近似相等,水也贡献 O H X − \ce{OH-} OH X − ,所以 c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) 。顺序为 N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + 。
例 1 (场景:等浓度弱酸及其盐)将 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 溶液与 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液等体积混合。按浓度由大到小排列:C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
解 :
判断依据 :混合后为缓冲溶液,c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) ,p H ≈ p K a = 4.74 \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a = 4.74 pH ≈ p K a = 4.74 。电荷守恒 c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{CH3COO-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( CH X 3 COO X − ) ,因 c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( H X + ) > c ( OH X − ) ,所以 c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) ;物料守恒 c ( C H X 3 C O O H ) + c ( C H X 3 C O O X − ) = 2 c ( N a X + ) c(\ce{CH3COOH}) + c(\ce{CH3COO-}) = 2c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COOH ) + c ( CH X 3 COO X − ) = 2 c ( Na X + ) ,所以 c ( C H X 3 C O O H ) < c ( N a X + ) c(\ce{CH3COOH}) < c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COOH ) < c ( Na X + ) 。
顺序 :c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) > c ( OH X − ) 。
检验 :C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 略大于 N a X + \ce{Na+} Na X + ,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 略小于 N a X + \ce{Na+} Na X + ;H X + \ce{H+} H X + 约 1.8 × 10 − 5 m o l / L 1.8 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} 1.8 × 1 0 − 5 mol/L ,O H X − \ce{OH-} OH X − 约 5.6 × 10 − 10 m o l / L 5.6 \times 10^{-10}\ \mathrm{mol/L} 5.6 × 1 0 − 10 mol/L ,顺序合理。
例 2 (场景:弱碱及其盐)将 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O 溶液与 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 溶液等体积混合。按浓度由大到小排列:N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 、C l X − \ce{Cl-} Cl X − 、N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :缓冲溶液,p O H ≈ p K b = 4.74 \mathrm{pOH} \approx \mathrm{p}K_b = 4.74 pOH ≈ p K b = 4.74 ;电荷守恒 c ( N H X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( C l X − ) + c ( O H X − ) c(\ce{NH4+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{Cl-}) + c(\ce{OH-}) c ( NH X 4 X + ) + c ( H X + ) = c ( Cl X − ) + c ( OH X − ) ,因 c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( OH X − ) > c ( H X + ) ,所以 c ( N H X 4 X + ) > c ( C l X − ) c(\ce{NH4+}) > c(\ce{Cl-}) c ( NH X 4 X + ) > c ( Cl X − ) ;物料守恒 c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) + c ( N H X 4 X + ) = 2 c ( C l X − ) c(\ce{NH3.H2O}) + c(\ce{NH4+}) = 2c(\ce{Cl-}) c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) + c ( NH X 4 X + ) = 2 c ( Cl X − ) ,所以 c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) < c ( C l X − ) c(\ce{NH3.H2O}) < c(\ce{Cl-}) c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) < c ( Cl X − ) 。
顺序 :c ( N H X 4 X + ) > c ( C l X − ) > c ( N H X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{NH4+}) > c(\ce{Cl-}) > c(\ce{NH3.H2O}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( NH X 4 X + ) > c ( Cl X − ) > c ( NH X 3 ⋅ H X 2 O ) > c ( OH X − ) > c ( H X + ) 。
检验 :O H X − \ce{OH-} OH X − 约 1.8 × 10 − 5 m o l / L 1.8 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} 1.8 × 1 0 − 5 mol/L ,H X + \ce{H+} H X + 约 5.6 × 10 − 10 m o l / L 5.6 \times 10^{-10}\ \mathrm{mol/L} 5.6 × 1 0 − 10 mol/L ;与缓冲溶液 p O H = 4.74 \mathrm{pOH} = 4.74 pOH = 4.74 一致。
例 3 (场景:半等当点)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,用 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定 20.00 m L 20.00\ \mathrm{mL} 20.00 mL 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,当加入 10.00 m L 10.00\ \mathrm{mL} 10.00 mL N a O H \ce{NaOH} NaOH 时,按浓度由大到小排列:C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
解 :
判断依据 :半等当点,一半醋酸被中和,c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) ;p H ≈ p K a = 4.74 \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a = 4.74 pH ≈ p K a = 4.74 。电荷守恒和物料守恒给出 C H X 3 C O O X − > N a X + > C H X 3 C O O H \ce{CH3COO-} > \ce{Na+} > \ce{CH3COOH} CH X 3 COO X − > Na X + > CH X 3 COOH 。
顺序 :c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) > c ( O H X − ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) > c(\ce{OH-}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) > c ( OH X − ) 。
检验 :H X + \ce{H+} H X + 约 1.8 × 10 − 5 m o l / L 1.8 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} 1.8 × 1 0 − 5 mol/L ,O H X − \ce{OH-} OH X − 约 5.6 × 10 − 10 m o l / L 5.6 \times 10^{-10}\ \mathrm{mol/L} 5.6 × 1 0 − 10 mol/L ;与缓冲溶液一致。
例 4 (场景:等当点)用 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定 20.00 m L 20.00\ \mathrm{mL} 20.00 mL 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,当加入 20.00 m L 20.00\ \mathrm{mL} 20.00 mL N a O H \ce{NaOH} NaOH 时,按浓度由大到小排列:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :等当点生成醋酸钠,C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 水解显碱性;质子守恒 c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{CH3COOH}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( CH X 3 COOH ) 。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COOH ) > c ( H X + ) 。
检验 :N a X + \ce{Na+} Na X + 最大;C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 水解一小部分,次之;O H X − \ce{OH-} OH X − 略大于 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ;H X + \ce{H+} H X + 最小。与 29.3 例 1 的 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 顺序一致。
例 5 (场景:过量点)用 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定 20.00 m L 20.00\ \mathrm{mL} 20.00 mL 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH ,当加入 22.00 m L 22.00\ \mathrm{mL} 22.00 mL N a O H \ce{NaOH} NaOH 时,按浓度由大到小排列:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
解 :
判断依据 :N a O H \ce{NaOH} NaOH 过量 2.00 m L 2.00\ \mathrm{mL} 2.00 mL ,先算过量 O H X − \ce{OH-} OH X − 和生成的 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 的物质的量,再比较。
列式 :n ( N a O H ) = 0.100 × 22.00 = 2.20 m m o l n(\ce{NaOH}) = 0.100 \times 22.00 = 2.20\ \mathrm{mmol} n ( NaOH ) = 0.100 × 22.00 = 2.20 mmol ,n ( C H X 3 C O O H ) = 0.100 × 20.00 = 2.00 m m o l n(\ce{CH3COOH}) = 0.100 \times 20.00 = 2.00\ \mathrm{mmol} n ( CH X 3 COOH ) = 0.100 × 20.00 = 2.00 mmol ;过量 O H X − \ce{OH-} OH X − 为 0.20 m m o l 0.20\ \mathrm{mmol} 0.20 mmol ;n ( C H X 3 C O O X − ) = 2.00 m m o l n(\ce{CH3COO-}) = 2.00\ \mathrm{mmol} n ( CH X 3 COO X − ) = 2.00 mmol ;总体积 42.00 m L 42.00\ \mathrm{mL} 42.00 mL 。
计算 :c ( N a X + ) ≈ 0.0524 m o l / L c(\ce{Na+}) \approx 0.0524\ \mathrm{mol/L} c ( Na X + ) ≈ 0.0524 mol/L ,c ( C H X 3 C O O X − ) ≈ 0.0476 m o l / L c(\ce{CH3COO-}) \approx 0.0476\ \mathrm{mol/L} c ( CH X 3 COO X − ) ≈ 0.0476 mol/L ,c ( O H X − ) ≈ 0.00476 m o l / L c(\ce{OH-}) \approx 0.00476\ \mathrm{mol/L} c ( OH X − ) ≈ 0.00476 mol/L ,c ( H X + ) ≈ 2.1 × 10 − 12 m o l / L c(\ce{H+}) \approx 2.1 \times 10^{-12}\ \mathrm{mol/L} c ( H X + ) ≈ 2.1 × 1 0 − 12 mol/L 。
顺序 :c ( N a X + ) > c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( O H X − ) > c ( H X + ) c(\ce{Na+}) > c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{OH-}) > c(\ce{H+}) c ( Na X + ) > c ( CH X 3 COO X − ) > c ( OH X − ) > c ( H X + ) 。
检验 :只过量 2.00 m L 2.00\ \mathrm{mL} 2.00 mL ,过量的 O H X − \ce{OH-} OH X − 远少于生成的 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − ,所以 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 仍大于 O H X − \ce{OH-} OH X − ;如果过量很多(例如加入 50.00 m L 50.00\ \mathrm{mL} 50.00 mL N a O H \ce{NaOH} NaOH ),O H X − \ce{OH-} OH X − 才可能超过 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 。不能一概写成 O H X − > C H X 3 C O O X − \ce{OH-} > \ce{CH3COO-} OH X − > CH X 3 COO X − 。
等浓度弱酸 + 它的盐:A X − > N a X + > H A > H X + > O H X − \ce{A-} > \ce{Na+} > \ce{HA} > \ce{H+} > \ce{OH-} A X − > Na X + > HA > H X + > OH X − (酸性缓冲);等浓度弱碱 + 它的盐:B H X + > C l X − > B > O H X − > H X + \ce{BH+} > \ce{Cl-} > \ce{B} > \ce{OH-} > \ce{H+} BH X + > Cl X − > B > OH X − > H X + (碱性缓冲)。
半等当点:A X − > N a X + > H A > H X + > O H X − \ce{A-} > \ce{Na+} > \ce{HA} > \ce{H+} > \ce{OH-} A X − > Na X + > HA > H X + > OH X − ;p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a 。
等当点(强碱滴弱酸):N a X + > A X − > O H X − > H A > H X + \ce{Na+} > \ce{A-} > \ce{OH-} > \ce{HA} > \ce{H+} Na X + > A X − > OH X − > HA > H X + 。
过量点:先算过量 O H X − \ce{OH-} OH X − 与生成的 A X − \ce{A-} A X − 的物质的量,再比较;少量过量时 A X − > O H X − \ce{A-} > \ce{OH-} A X − > OH X − ,大量过量时 O H X − \ce{OH-} OH X − 可超过 A X − \ce{A-} A X − 。
缓冲溶液 p H = p K a + lg c ( A X − ) c ( H A ) \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} pH = p K a + lg c ( HA ) c ( A X − ) ;等浓度时 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a 。
错在哪 :认为半等当点时 c ( C H X 3 C O O H ) = c ( C H X 3 C O O X − ) = c ( N a X + ) c(\ce{CH3COOH}) = c(\ce{CH3COO-}) = c(\ce{Na+}) c ( CH X 3 COOH ) = c ( CH X 3 COO X − ) = c ( Na X + ) ,三者完全相等。
为什么错 :理解性错误。c ( C H X 3 C O O H ) ≈ c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) \approx c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) ≈ c ( CH X 3 COO X − ) ,但电荷守恒和物料守恒给出 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 略大于 N a X + \ce{Na+} Na X + ,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 略小于 N a X + \ce{Na+} Na X + 。
正确做法 :先写“近似相等”,再用守恒修正细微顺序。
错在哪 :认为等当点时 c ( O H X − ) > c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{OH-}) > c(\ce{CH3COO-}) c ( OH X − ) > c ( CH X 3 COO X − ) 。
为什么错 :理解性错误。等当点是醋酸钠溶液,C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 是主要阴离子,水解只产生少量 O H X − \ce{OH-} OH X − 。
正确做法 :按 N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + 排。
错在哪 :过量点一律把 O H X − \ce{OH-} OH X − 排在 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 前面。
为什么错 :理解性错误。少量过量时,C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 的物质的量远大于过量 O H X − \ce{OH-} OH X − 。
正确做法 :先算两者的物质的量,再比较。
混合溶液像“两家人合住”:弱酸和它的盐合住时,酸和酸根互相“压着”,pH 稳定在 p K a pK_a p K a 附近;滴定到一半,两家人正好一样多;等当点时,酸全变成了盐,盐再水解;过量后,新来的 N a O H \ce{NaOH} NaOH 成了“大户”,但要多到一定程度,才能超过原来的酸根。
前置:29.2 三大守恒;29.3 单一溶液顺序。
前置:第 25 章 K a K_a K a 、第 26 章 pH、第 27 章水解、第 28 章沉淀。
后续:29.5 分布系数图,缓冲点和半等当点在图上就是 δ = 0.5 \delta = 0.5 δ = 0.5 的点。
后续:29.6 用 K K K 定量判断。
常一起考:第 26 章滴定曲线、第 27 章盐类水解。
宏观 :把弱酸 H A \ce{HA} HA 溶液中 H A \ce{HA} HA 和 A X − \ce{A-} A X − 各占的分数(分布系数 δ \delta δ )对 pH 画图,得到两条 S 形曲线;两条曲线的交点对应 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a ,此时 δ ( H A ) = δ ( A X − ) = 0.5 \delta(\ce{HA}) = \delta(\ce{A-}) = 0.5 δ ( HA ) = δ ( A X − ) = 0.5 。把 lg c ( A X − ) c ( H A ) \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} lg c ( HA ) c ( A X − ) 对 pH 画图,得到一条斜率为 1 的直线,直线过 ( p K a , 0 ) (\mathrm{p}K_a, 0) ( p K a , 0 ) 。
微观 :分布系数定义为某物种的浓度占该元素总浓度的分数:
δ ( H A ) = c ( H A ) c ( H A ) + c ( A X − ) , δ ( A X − ) = c ( A X − ) c ( H A ) + c ( A X − ) \delta(\ce{HA}) = \frac{c(\ce{HA})}{c(\ce{HA}) + c(\ce{A-})}, \qquad
\delta(\ce{A-}) = \frac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA}) + c(\ce{A-})} δ ( HA ) = c ( HA ) + c ( A X − ) c ( HA ) , δ ( A X − ) = c ( HA ) + c ( A X − ) c ( A X − )
由 K a = c ( H X + ) c ( A X − ) c ( H A ) K_a = \dfrac{c(\ce{H+})c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} K a = c ( HA ) c ( H X + ) c ( A X − ) ,得
δ ( H A ) = c ( H X + ) c ( H X + ) + K a = 1 1 + 10 p H − p K a , δ ( A X − ) = K a c ( H X + ) + K a = 10 p H − p K a 1 + 10 p H − p K a \delta(\ce{HA}) = \frac{c(\ce{H+})}{c(\ce{H+}) + K_a} = \frac{1}{1 + 10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a}}, \qquad
\delta(\ce{A-}) = \frac{K_a}{c(\ce{H+}) + K_a} = \frac{10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a}}{1 + 10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a}} δ ( HA ) = c ( H X + ) + K a c ( H X + ) = 1 + 1 0 pH − p K a 1 , δ ( A X − ) = c ( H X + ) + K a K a = 1 + 1 0 pH − p K a 1 0 pH − p K a
两个分布系数之和为 1。当 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a 时,δ ( H A ) = δ ( A X − ) = 0.5 \delta(\ce{HA}) = \delta(\ce{A-}) = 0.5 δ ( HA ) = δ ( A X − ) = 0.5 ;pH 每增大 1,c ( A X − ) c ( H A ) \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} c ( HA ) c ( A X − ) 增大 10 倍。
符号 :由 K a K_a K a 表达式取对数:
lg c ( A X − ) c ( H A ) = p H − p K a \lg\frac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a lg c ( HA ) c ( A X − ) = pH − p K a
这是一条斜率为 1、过点 ( p K a , 0 ) (\mathrm{p}K_a, 0) ( p K a , 0 ) 的直线;纵轴为 0 时,A X − \ce{A-} A X − 与 H A \ce{HA} HA 相等;纵轴为 1 时,A X − \ce{A-} A X − 是 H A \ce{HA} HA 的 10 倍;纵轴为 − 1 -1 − 1 时,H A \ce{HA} HA 是 A X − \ce{A-} A X − 的 10 倍。
题目给分布系数图,问 p K a pK_a p K a → 找两条曲线的交点,交点对应的 pH 就是 p K a pK_a p K a → 再取反对数得 K a K_a K a 。
题目给分布系数图,问某 pH 下哪种物种占优势 → 看该 pH 处哪条曲线在上方 → 上方曲线的物种占优势。
题目给 lg \lg lg 比值图,问某 pH 下 A X − \ce{A-} A X − 与 H A \ce{HA} HA 的比值 → 直接读纵轴,或用 p H − p K a \mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a pH − p K a 算。
题目给滴定曲线的半等当点,问分布系数 → 半等当点 p H ≈ p K a \mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_a pH ≈ p K a ,δ = 0.5 \delta = 0.5 δ = 0.5 → 与分布系数图对应。
题目给多元酸(如 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 )的分布系数图,问某 pH 下主要物种 → 找该 pH 处最高的曲线 → 注意每个 p K a pK_a p K a 处相邻两种物种相等。
分布系数图的横轴是 pH,不是浓度;纵轴是分数,范围 0–1,两条曲线之和恒为 1。
两条曲线的交点对应 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a ,不是 K a K_a K a 本身;读出 pH 后要取 K a = 10 − p K a K_a = 10^{-\mathrm{p}K_a} K a = 1 0 − p K a 。
lg \lg lg 比值图的斜率恒为 1(一元弱酸),截距是 − p K a -\mathrm{p}K_a − p K a ;不要把它和分布系数图的 S 形曲线混淆。
对多元酸,分布系数图有多个交点,每个交点对应一级 p K a pK_a p K a ;相邻两种物种相等,不是所有物种同时相等。
温度改变时 K a K_a K a 改变,交点和直线都会平移;浓度改变不影响分布系数(因为 δ \delta δ 只由 pH 和 p K a pK_a p K a 决定)。
分布系数只适用于弱酸(或弱碱)与其共轭碱的平衡;如果有沉淀、络合等副反应,分布系数会改变。
分布系数为什么是 S 形 :δ ( A X − ) = 10 p H − p K a 1 + 10 p H − p K a \delta(\ce{A-}) = \dfrac{10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a}}{1 + 10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a}} δ ( A X − ) = 1 + 1 0 pH − p K a 1 0 pH − p K a 。pH 远小于 p K a pK_a p K a 时,分母很大,δ ( A X − ) \delta(\ce{A-}) δ ( A X − ) 接近 0;pH 远大于 p K a pK_a p K a 时,δ ( A X − ) \delta(\ce{A-}) δ ( A X − ) 接近 1;在 p K a pK_a p K a 附近,从 0 过渡到 1,形成 S 形(关键一步 :S 形曲线的中点就是 p K a pK_a p K a ,因为此时分子、分母相等,δ = 0.5 \delta = 0.5 δ = 0.5 )。
lg \lg lg 比值为什么是直线 :由 K a K_a K a 表达式取对数,lg c ( A X − ) c ( H A ) = p H − p K a \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a lg c ( HA ) c ( A X − ) = pH − p K a ,这是以 pH 为自变量的一次函数,斜率 1、截距 − p K a -\mathrm{p}K_a − p K a 。pH 每增加 1,比值增大 10 倍,所以是直线(关键一步 :对数把“倍数关系”变成“加减关系”,这是 pH 和 lg \lg lg 图能直线化的原因)。
例 1 (场景:由分布系数图求 p K a pK_a p K a )25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,某一元弱酸 H A \ce{HA} HA 的分布系数图中,δ ( H A ) \delta(\ce{HA}) δ ( HA ) 和 δ ( A X − ) \delta(\ce{A-}) δ ( A X − ) 两条曲线在 pH = 4.74 =4.74 = 4.74 处相交。求 p K a pK_a p K a 和 K a K_a K a 。
解 :
找关系 :两条曲线交点处 δ ( H A ) = δ ( A X − ) = 0.5 \delta(\ce{HA}) = \delta(\ce{A-}) = 0.5 δ ( HA ) = δ ( A X − ) = 0.5 ,对应 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a 。
计算 :p K a = 4.74 pK_a = 4.74 p K a = 4.74 ,K a = 10 − 4.74 ≈ 1.8 × 10 − 5 K_a = 10^{-4.74} \approx 1.8 \times 10^{-5} K a = 1 0 − 4.74 ≈ 1.8 × 1 0 − 5 。
检验 :与醋酸的 K a K_a K a 一致;交点处两种物种各占一半,符合定义。
例 2 (场景:由 lg \lg lg 比值图求比值)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,某弱酸 H A \ce{HA} HA 的 p K a = 4.74 pK_a = 4.74 p K a = 4.74 。求 pH = 5.74 =5.74 = 5.74 时 c ( A X − ) c ( H A ) \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} c ( HA ) c ( A X − ) 的比值。
解 :
找关系 :lg c ( A X − ) c ( H A ) = p H − p K a \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a lg c ( HA ) c ( A X − ) = pH − p K a 。
列式 :lg c ( A X − ) c ( H A ) = 5.74 − 4.74 = 1 \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = 5.74 - 4.74 = 1 lg c ( HA ) c ( A X − ) = 5.74 − 4.74 = 1 。
计算 :c ( A X − ) c ( H A ) = 10 \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = 10 c ( HA ) c ( A X − ) = 10 ,A X − \ce{A-} A X − 是 H A \ce{HA} HA 的 10 倍。
检验 :pH 比 p K a pK_a p K a 大 1,比值应为 10 倍,与公式一致。
例 3 (场景:多元酸的分布系数)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 的 p K a 1 = 6.35 pK_{a1} = 6.35 p K a 1 = 6.35 ,p K a 2 = 10.33 pK_{a2} = 10.33 p K a 2 = 10.33 。在 pH = 8.3 =8.3 = 8.3 时,H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 哪种物种占优势?在 pH = 6.35 =6.35 = 6.35 和 pH = 10.33 =10.33 = 10.33 时,哪两种物种相等?
解 :
判断依据 :pH 在 p K a 1 pK_{a1} p K a 1 和 p K a 2 pK_{a2} p K a 2 之间时,H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 占优势;pH = p K a 1 =pK_{a1} = p K a 1 时,H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 与 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 相等;pH = p K a 2 =pK_{a2} = p K a 2 时,H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 与 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 相等。
结论 :pH = 8.3 =8.3 = 8.3 时,H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 占优势(δ \delta δ 最大);pH = 6.35 =6.35 = 6.35 时,H X 2 C O X 3 = H C O X 3 X − \ce{H2CO3} = \ce{HCO3-} H X 2 CO X 3 = HCO X 3 X − ;pH = 10.33 =10.33 = 10.33 时,H C O X 3 X − = C O X 3 X 2 − \ce{HCO3-} = \ce{CO3^2-} HCO X 3 X − = CO X 3 X 2 − 。
检验 :8.3 8.3 8.3 在 6.35 6.35 6.35 和 10.33 10.33 10.33 之间,H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 是中间物种,占优势;两个交点分别对应两级电离。
例 4 (场景:由 lg \lg lg 比值图读 p K a pK_a p K a )25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,某弱酸的 lg c ( A X − ) c ( H A ) \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} lg c ( HA ) c ( A X − ) –pH 图是一条直线,当 pH = 3.20 =3.20 = 3.20 时纵轴为 0。求 p K a pK_a p K a 和 K a K_a K a 。
解 :
找关系 :纵轴为 0 时,lg c ( A X − ) c ( H A ) = 0 \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = 0 lg c ( HA ) c ( A X − ) = 0 ,即 c ( A X − ) = c ( H A ) c(\ce{A-}) = c(\ce{HA}) c ( A X − ) = c ( HA ) ,此时 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a 。
计算 :p K a = 3.20 pK_a = 3.20 p K a = 3.20 ,K a = 10 − 3.20 ≈ 6.3 × 10 − 4 K_a = 10^{-3.20} \approx 6.3 \times 10^{-4} K a = 1 0 − 3.20 ≈ 6.3 × 1 0 − 4 。
检验 :与 H F \ce{HF} HF 的 K a K_a K a 一致;纵轴为 0 的点就是半等当点(或等浓度点)。
例 5 (场景:滴定半等当点的分布系数)用 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定某弱酸 H A \ce{HA} HA ,半等当点时 pH = 4.74 =4.74 = 4.74 。求此时 δ ( H A ) \delta(\ce{HA}) δ ( HA ) 和 δ ( A X − ) \delta(\ce{A-}) δ ( A X − ) ,并说明它与滴定曲线的对应关系。
解 :
判断依据 :半等当点时 c ( H A ) ≈ c ( A X − ) c(\ce{HA}) \approx c(\ce{A-}) c ( HA ) ≈ c ( A X − ) ,p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a ,分布系数曲线交于 0.5。
计算 :p K a = 4.74 \mathrm{p}K_a = 4.74 p K a = 4.74 ,δ ( H A ) = δ ( A X − ) = 0.5 \delta(\ce{HA}) = \delta(\ce{A-}) = 0.5 δ ( HA ) = δ ( A X − ) = 0.5 。
检验 :半等当点在滴定曲线上对应“加入一半标准液”的点;此时 pH 等于 p K a \mathrm{p}K_a p K a ,与分布系数图的交点一致。若 pH 比 p K a \mathrm{p}K_a p K a 大 1,则 δ ( A X − ) = 10 11 ≈ 0.91 \delta(\ce{A-}) = \dfrac{10}{11} \approx 0.91 δ ( A X − ) = 11 10 ≈ 0.91 ,δ ( H A ) ≈ 0.09 \delta(\ce{HA}) \approx 0.09 δ ( HA ) ≈ 0.09 。
分布系数图的交点:p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a ,δ = 0.5 \delta = 0.5 δ = 0.5 ;两条曲线之和为 1。
lg \lg lg 比值图:lg c ( A X − ) c ( H A ) = p H − p K a \lg\dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \mathrm{pH} - \mathrm{p}K_a lg c ( HA ) c ( A X − ) = pH − p K a ,斜率 1,过 ( p K a , 0 ) (pK_a,0) ( p K a , 0 ) 。
pH 比 p K a pK_a p K a 大 1,A X − \ce{A-} A X − 是 H A \ce{HA} HA 的 10 倍;大 2,100 倍;小 1,H A \ce{HA} HA 是 A X − \ce{A-} A X − 的 10 倍。
多元酸:每个 p K a pK_a p K a 处相邻两种物种相等;pH 在两个 p K a pK_a p K a 之间时,中间物种占优势。
分布系数只由 pH 和 p K a pK_a p K a 决定,与总浓度无关;温度改变 p K a pK_a p K a ,曲线平移。
错在哪 :把分布系数图的交点横坐标当成 K a K_a K a 。
为什么错 :理解性错误。交点是 p K a pK_a p K a ,要取 10 − p K a 10^{-pK_a} 1 0 − p K a 才是 K a K_a K a 。
正确做法 :先读 pH,再取反对数。
错在哪 :认为 lg \lg lg 比值图的斜率随酸不同而不同。
为什么错 :理解性错误。一元弱酸的斜率恒为 1,不同的酸只改变截距(− p K a -pK_a − p K a )。
正确做法 :斜率 1、截距 − p K a -pK_a − p K a ;多元酸要分步看。
错在哪 :认为多元酸在某个 pH 下所有物种浓度都相等。
为什么错 :理解性错误。只有在对应的 p K a pK_a p K a 处,相邻两种物种相等;不是所有物种同时相等。
正确做法 :逐级比较,找每个交点对应的两种物种。
分布系数图像“跷跷板”:pH 低时 H A \ce{HA} HA 那头重,pH 高时 A X − \ce{A-} A X − 那头重,p K a pK_a p K a 是支点,两边正好平衡。lg \lg lg 比值图是“跷跷板的刻度”:每抬高 1 个 pH,A X − \ce{A-} A X − 那头就重 10 倍;直线的斜率就是“每单位 pH 改变多少倍”的对数。
前置:29.2 守恒;29.3–29.4 粒子顺序。
前置:第 25 章 K a K_a K a 、第 26 章 pH。
后续:29.6 用 K K K 定量判断。
后续:第 26 章滴定曲线,半等当点对应分布系数 0.5。
常一起考:第 27 章水解,K h K_h K h 与 K a K_a K a 的关系。
宏观 :给定一个 pH,就能用 K a K_a K a 判断弱酸和它的酸根谁多谁少;给定浓度,就能用 Q Q Q 与 K K K 判断反应方向;给定盐溶液,就能用 K h K_h K h 判断水解程度。第 25–28 章的常数,在这里变成“比较大小的尺子”。
微观 :所有判断都来自同一个平衡常数表达式。对弱酸 H A \ce{HA} HA :
K a = c ( H X + ) c ( A X − ) c ( H A ) ⟹ c ( A X − ) c ( H A ) = K a c ( H X + ) K_a = \frac{c(\ce{H+})c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})}
\quad\Longrightarrow\quad
\frac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \frac{K_a}{c(\ce{H+})} K a = c ( HA ) c ( H X + ) c ( A X − ) ⟹ c ( HA ) c ( A X − ) = c ( H X + ) K a
c ( H X + ) = K a c(\ce{H+}) = K_a c ( H X + ) = K a (即 p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a )时,c ( A X − ) = c ( H A ) c(\ce{A-}) = c(\ce{HA}) c ( A X − ) = c ( HA ) 。
c ( H X + ) < K a c(\ce{H+}) < K_a c ( H X + ) < K a (pH > p K a > pK_a > p K a )时,c ( A X − ) > c ( H A ) c(\ce{A-}) > c(\ce{HA}) c ( A X − ) > c ( HA ) 。
c ( H X + ) > K a c(\ce{H+}) > K_a c ( H X + ) > K a (pH < p K a < pK_a < p K a )时,c ( A X − ) < c ( H A ) c(\ce{A-}) < c(\ce{HA}) c ( A X − ) < c ( HA ) 。
对弱碱,用 K b K_b K b 和 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 判断,完全对称。
符号 :对弱酸根盐,K h = K w / K a K_h = K_\mathrm{w}/K_a K h = K w / K a ;对弱碱盐,K h = K w / K b K_h = K_\mathrm{w}/K_b K h = K w / K b ;对水的电离,K w = c ( H X + ) c ( O H X − ) K_\mathrm{w} = c(\ce{H+})c(\ce{OH-}) K w = c ( H X + ) c ( OH X − ) 。比较粒子大小时,先写出对应的 K K K 表达式,再把已知浓度代入,算出比值。
题目给 pH 和 K a K_a K a ,问 c ( A X − ) c(\ce{A-}) c ( A X − ) 与 c ( H A ) c(\ce{HA}) c ( HA ) 谁大 → 比较 pH 与 p K a pK_a p K a ,或直接算比值 K a / c ( H X + ) K_a/c(\ce{H+}) K a / c ( H X + ) 。
题目给盐溶液的浓度和 K h K_h K h ,问 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 或 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) → 用 c ( O H X − ) ≈ K h c 0 c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0} c ( OH X − ) ≈ K h c 0 或 c ( H X + ) ≈ K h c 0 c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0} c ( H X + ) ≈ K h c 0 。
题目给两种酸的 K a K_a K a ,问“强酸制弱酸”能否发生 → 算 K = K a ( 反应物 ) / K a ( 生成物 ) K = K_a(\text{反应物})/K_a(\text{生成物}) K = K a ( 反应物 ) / K a ( 生成物 ) ,K > 1 K>1 K > 1 能发生。
题目给滴定过程中某点的 pH 和 K a K_a K a ,问粒子顺序 → 先用 pH 与 p K a pK_a p K a 判断 A X − \ce{A-} A X − /H A \ce{HA} HA ,再用守恒式判断其他粒子。
题目问“加水稀释时 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 和 α \alpha α 怎样变” → 用 c ( H X + ) ≈ K a c 0 c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_a c_0} c ( H X + ) ≈ K a c 0 和 α ≈ K a / c 0 \alpha \approx \sqrt{K_a/c_0} α ≈ K a / c 0 判断。
比较 pH 与 p K a pK_a p K a 时,要确认温度一致;不同温度下 K a K_a K a 不同,p K a pK_a p K a 不同。
多元酸要分步:比较 H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 与 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 用 K a 1 K_{a1} K a 1 ;比较 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 与 C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 用 K a 2 K_{a2} K a 2 。
弱碱用 K b K_b K b 和 p O H pOH pO H ,不要用 pH 直接套 K b K_b K b ;换算时用 K w K_\mathrm{w} K w 。
比值公式只适用于只有一种弱酸(或弱碱)及其共轭碱的体系;如果有多种弱酸、沉淀、络合,要另行分析。
K h K_h K h 和 K a K_a K a 的关系是 K h = K w / K a K_h = K_\mathrm{w}/K_a K h = K w / K a ,不要写成 K a / K w K_a/K_\mathrm{w} K a / K w 。
计算 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 或 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 的近似式要求水解程度小;水解程度大时,要解二次方程。
为什么 pH 和 p K a pK_a p K a 能直接比较 :由 K a K_a K a 表达式,c ( A X − ) c ( H A ) = K a c ( H X + ) \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \dfrac{K_a}{c(\ce{H+})} c ( HA ) c ( A X − ) = c ( H X + ) K a 。当 c ( H X + ) = K a c(\ce{H+}) = K_a c ( H X + ) = K a 时比值为 1;当 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 变小(pH 变大)时,比值变大;当 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 变大(pH 变小)时,比值变小(关键一步 :pH 与 p K a pK_a p K a 的比较,本质上是 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 与 K a K_a K a 的比较;每差 1 个 pH 单位,比值差 10 倍)。
为什么用 K h K_h K h 判断盐溶液的酸碱性 :K h K_h K h 越大,水解程度越大,产生的 O H X − \ce{OH-} OH X − (或 H X + \ce{H+} H X + )越多;对酸式盐,比较 K h K_h K h 和 K a K_a K a ,谁大显谁性(第 27 章)。关键一步 :所有“谁大谁小”的判断,最终都归结为两个常数的比较或一个比值。
例 1 (场景:由 pH 判断弱酸物种)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 的 K a = 1.8 × 10 − 5 K_a = 1.8 \times 10^{-5} K a = 1.8 × 1 0 − 5 。pH = 5.0 =5.0 = 5.0 的醋酸溶液中,c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COO X − ) 与 c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{CH3COOH}) c ( CH X 3 COOH ) 哪个大?比值是多少?
解 :
找关系 :c ( C H X 3 C O O X − ) c ( C H X 3 C O O H ) = K a c ( H X + ) \dfrac{c(\ce{CH3COO-})}{c(\ce{CH3COOH})} = \dfrac{K_a}{c(\ce{H+})} c ( CH X 3 COOH ) c ( CH X 3 COO X − ) = c ( H X + ) K a ;pH = 5.0 =5.0 = 5.0 ,c ( H X + ) = 1.0 × 10 − 5 m o l / L c(\ce{H+}) = 1.0 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} c ( H X + ) = 1.0 × 1 0 − 5 mol/L 。
列式 :比值 = 1.8 × 10 − 5 1.0 × 10 − 5 = \dfrac{1.8 \times 10^{-5}}{1.0 \times 10^{-5}} = 1.0 × 1 0 − 5 1.8 × 1 0 − 5 。
计算 :比值 = 1.8 = 1.8 = 1.8 ,c ( C H X 3 C O O X − ) > c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{CH3COO-}) > c(\ce{CH3COOH}) c ( CH X 3 COO X − ) > c ( CH X 3 COOH ) 。
检验 :pH = 5.0 > p K a = 4.74 =5.0 > pK_a = 4.74 = 5.0 > p K a = 4.74 ,A X − \ce{A-} A X − 占优势,与计算一致。
例 2 (场景:由 pH 判断弱酸物种,反向)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 的 K a = 1.8 × 10 − 5 K_a = 1.8 \times 10^{-5} K a = 1.8 × 1 0 − 5 。pH = 4.0 =4.0 = 4.0 的醋酸溶液中,c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COO X − ) 与 c ( C H X 3 C O O H ) c(\ce{CH3COOH}) c ( CH X 3 COOH ) 哪个大?比值是多少?
解 :
找关系 :pH = 4.0 =4.0 = 4.0 ,c ( H X + ) = 1.0 × 10 − 4 m o l / L c(\ce{H+}) = 1.0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol/L} c ( H X + ) = 1.0 × 1 0 − 4 mol/L ;比值 = 1.8 × 10 − 5 1.0 × 10 − 4 = \dfrac{1.8 \times 10^{-5}}{1.0 \times 10^{-4}} = 1.0 × 1 0 − 4 1.8 × 1 0 − 5 。
计算 :比值 = 0.18 = 0.18 = 0.18 ,c ( C H X 3 C O O H ) > c ( C H X 3 C O O X − ) c(\ce{CH3COOH}) > c(\ce{CH3COO-}) c ( CH X 3 COOH ) > c ( CH X 3 COO X − ) 。
检验 :pH = 4.0 < p K a = 4.74 =4.0 < pK_a = 4.74 = 4.0 < p K a = 4.74 ,H A \ce{HA} HA 占优势,与计算一致。
例 3 (场景:K h K_h K h 与 K a K_a K a 比较)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液显碱性,N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 溶液显酸性。用 K h K_h K h 和 K a K_a K a 的数值判断。
解 :
判断依据 :酸式盐的酸碱性取决于 K h K_h K h 和 K a K_a K a 的相对大小。
H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − :K h = K w K a 1 ( H X 2 C O X 3 ) = 1.0 × 10 − 14 4.5 × 10 − 7 ≈ 2.2 × 10 − 8 K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2CO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.5 \times 10^{-7}} \approx 2.2 \times 10^{-8} K h = K a 1 ( H X 2 CO X 3 ) K w = 4.5 × 1 0 − 7 1.0 × 1 0 − 14 ≈ 2.2 × 1 0 − 8 ;K a 2 = 4.7 × 10 − 11 K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11} K a 2 = 4.7 × 1 0 − 11 。K h > K a 2 K_h > K_{a2} K h > K a 2 ,显碱性。
H S O X 3 X − \ce{HSO3-} HSO X 3 X − :K h = K w K a 1 ( H X 2 S O X 3 ) = 1.0 × 10 − 14 1.5 × 10 − 2 ≈ 6.7 × 10 − 13 K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2SO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.5 \times 10^{-2}} \approx 6.7 \times 10^{-13} K h = K a 1 ( H X 2 SO X 3 ) K w = 1.5 × 1 0 − 2 1.0 × 1 0 − 14 ≈ 6.7 × 1 0 − 13 ;K a 2 = 1.0 × 10 − 7 K_{a2} = 1.0 \times 10^{-7} K a 2 = 1.0 × 1 0 − 7 。K a 2 ≫ K h K_{a2} \gg K_h K a 2 ≫ K h ,显酸性。
检验 :两个判断都与实验现象一致;关键是“对哪一步用 K a K_a K a ”。
例 4 (场景:盐溶液 pH 的定量计算)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 的 K h = 5.6 × 10 − 10 K_h = 5.6 \times 10^{-10} K h = 5.6 × 1 0 − 10 ,求 0.10 m o l / L 0.10\ \mathrm{mol/L} 0.10 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液的 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 和 pH。
解 :
找关系 :c ( O H X − ) ≈ K h c 0 c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0} c ( OH X − ) ≈ K h c 0 ;p O H = − lg c ( O H X − ) \mathrm{pOH} = -\lg c(\ce{OH-}) pOH = − lg c ( OH X − ) ,pH = 14 − p O H =14-\mathrm{pOH} = 14 − pOH 。
列式 :c ( O H X − ) = 5.6 × 10 − 10 × 0.10 c(\ce{OH-}) = \sqrt{5.6 \times 10^{-10} \times 0.10} c ( OH X − ) = 5.6 × 1 0 − 10 × 0.10 。
计算 :c ( O H X − ) ≈ 7.5 × 10 − 6 m o l / L c(\ce{OH-}) \approx 7.5 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol/L} c ( OH X − ) ≈ 7.5 × 1 0 − 6 mol/L ;p O H ≈ 5.12 \mathrm{pOH} \approx 5.12 pOH ≈ 5.12 ,pH ≈ 8.88 \approx 8.88 ≈ 8.88 。
检验 :水解程度约 7.5 × 10 − 5 7.5 \times 10^{-5} 7.5 × 1 0 − 5 ,远小于 5 % 5\% 5% ,近似式可用;pH > 7 >7 > 7 ,与醋酸钠显碱性一致。
例 5 (场景:用 K K K 判断反应方向)25 ∘ C 25\ ^\circ\mathrm{C} 25 ∘ C 时,C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 的 K a = 1.8 × 10 − 5 K_a = 1.8 \times 10^{-5} K a = 1.8 × 1 0 − 5 ,H C l O \ce{HClO} HClO 的 K a = 4.0 × 10 − 8 K_a = 4.0 \times 10^{-8} K a = 4.0 × 1 0 − 8 。判断反应 C H X 3 C O O H + C l O X − ⇌ C H X 3 C O O X − + H C l O \ce{CH3COOH + ClO- <=> CH3COO- + HClO} CH X 3 COOH + ClO X − CH X 3 COO X − + HClO 的方向。
解 :
找关系 :K = K a ( C H X 3 C O O H ) K a ( H C l O ) K = \dfrac{K_a(\ce{CH3COOH})}{K_a(\ce{HClO})} K = K a ( HClO ) K a ( CH X 3 COOH ) 。
列式 :K = 1.8 × 10 − 5 4.0 × 10 − 8 K = \dfrac{1.8 \times 10^{-5}}{4.0 \times 10^{-8}} K = 4.0 × 1 0 − 8 1.8 × 1 0 − 5 。
计算 :K = 4.5 × 10 2 ≫ 1 K = 4.5 \times 10^2 \gg 1 K = 4.5 × 1 0 2 ≫ 1 ,反应向右进行。
检验 :醋酸是比次氯酸更强的酸,能把 C l O X − \ce{ClO-} ClO X − 变成 H C l O \ce{HClO} HClO ;与“强酸制弱酸”一致。
弱酸 H A \ce{HA} HA :c ( A X − ) c ( H A ) = K a c ( H X + ) = 10 p H − p K a \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} = \dfrac{K_a}{c(\ce{H+})} = 10^{\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_a} c ( HA ) c ( A X − ) = c ( H X + ) K a = 1 0 pH − p K a 。
p H = p K a \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a pH = p K a :c ( A X − ) = c ( H A ) c(\ce{A-}) = c(\ce{HA}) c ( A X − ) = c ( HA ) ;pH 大 1:A X − \ce{A-} A X − 是 H A \ce{HA} HA 的 10 倍;pH 小 1:H A \ce{HA} HA 是 A X − \ce{A-} A X − 的 10 倍。
弱碱:c ( B X + ) c ( B O H ) = K b c ( O H X − ) \dfrac{c(\ce{B+})}{c(\ce{BOH})} = \dfrac{K_b}{c(\ce{OH-})} c ( BOH ) c ( B X + ) = c ( OH X − ) K b ,用 p O H \mathrm{pOH} pOH 与 p K b \mathrm{p}K_b p K b 比较。
酸式盐:K h > K a K_h > K_a K h > K a 显碱性,K h < K a K_h < K_a K h < K a 显酸性。
酸与盐的置换:K = K a ( 反应物酸 ) K a ( 生成物酸 ) K = \dfrac{K_a(\text{反应物酸})}{K_a(\text{生成物酸})} K = K a ( 生成物酸 ) K a ( 反应物酸 ) ,K > 1 K>1 K > 1 向右。
盐溶液:c ( O H X − ) ≈ K h c 0 c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0} c ( OH X − ) ≈ K h c 0 (弱酸根盐),c ( H X + ) ≈ K h c 0 c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0} c ( H X + ) ≈ K h c 0 (弱碱盐)。
错在哪 :比较 pH 与 p K a pK_a p K a 时,把 pH 大当成“酸多”。
为什么错 :理解性错误。pH 大表示 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) 小,酸根 A X − \ce{A-} A X − 占优势。
正确做法 :pH > p K a > pK_a > p K a 时 A X − \ce{A-} A X − 多;pH < p K a < pK_a < p K a 时 H A \ce{HA} HA 多。
错在哪 :用 K a 1 K_{a1} K a 1 判断 H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 的酸性。
为什么错 :记忆性错误。H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 对应第二步电离,用 K a 2 K_{a2} K a 2 。
正确做法 :先确定失去的是第几个质子。
错在哪 :计算盐溶液 pH 时,把 K h K_h K h 当成 K a K_a K a 直接取负对数。
为什么错 :理解性错误。K h K_h K h 对应的是 O H X − \ce{OH-} OH X − (弱酸根盐)或 H X + \ce{H+} H X + (弱碱盐),要先算 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 或 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) ,再换 pH。
正确做法 :先算 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) (或 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) ),再取对数、换算 pH。
K K K 是一把“比较尺”:pH 是“当前环境”,p K a pK_a p K a 是“这种酸的半解离点”。环境比半解离点更碱,酸根就多;更酸,分子就多。每偏离 1 个 pH 单位,多的一方就是少的一方的 10 倍。所有的“谁大谁小”,都可以用这把尺量。
前置:29.2–29.5 守恒、顺序、图像。
前置:第 25 章 K a K_a K a 、第 26 章 pH、第 27 章 K h K_h K h 、第 28 章 K s p K_\mathrm{sp} K sp 。
后续:第 30 章有机物的结构,酸碱理论在有机中的应用。
常一起考:滴定曲线、分布系数图、盐类水解。
本章的五节是一条链:29.2 给出三条守恒等式,29.3 用守恒和 K K K 排出单一溶液的粒子顺序,29.4 把同样的方法用到混合溶液和滴定的四个特殊点,29.5 把“谁多谁少”画成分布系数图和 lg \lg lg 比值图,29.6 把所有判断收拢成“比较 K K K 与 c ( H X + ) c(\ce{H+}) c ( H X + ) (或 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) )”。做题时先判断体系,再写守恒,最后用 K K K 定量;不要一上来就背顺序。
写出 N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液的电荷守恒、物料守恒和质子守恒。
按浓度由大到小排列 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 溶液中的粒子:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 。
按浓度由大到小排列 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a X 2 C O X 3 \ce{Na2CO3} Na X 2 CO X 3 溶液中的粒子:N a X + \ce{Na+} Na X + 、C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a H C O X 3 \ce{NaHCO3} NaHCO X 3 溶液中,c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{CO3^2-}) c ( CO X 3 X 2 − ) 与 c ( O H X − ) c(\ce{OH-}) c ( OH X − ) 哪个大?按浓度由大到小排列 N a X + \ce{Na+} Na X + 、H C O X 3 X − \ce{HCO3-} HCO X 3 X − 、C O X 3 X 2 − \ce{CO3^2-} CO X 3 X 2 − 、H X 2 C O X 3 \ce{H2CO3} H X 2 CO X 3 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
按浓度由大到小排列 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N H X 4 C l \ce{NH4Cl} NH X 4 Cl 溶液中的粒子:C l X − \ce{Cl-} Cl X − 、N H X 4 X + \ce{NH4+} NH X 4 X + 、H X + \ce{H+} H X + 、N H X 3 ⋅ H X 2 O \ce{NH3.H2O} NH X 3 ⋅ H X 2 O 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
按浓度由大到小排列 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a H S O X 3 \ce{NaHSO3} NaHSO X 3 溶液中的粒子:N a X + \ce{Na+} Na X + 、H S O X 3 X − \ce{HSO3-} HSO X 3 X − 、S O X 3 X 2 − \ce{SO3^2-} SO X 3 X 2 − 、H X 2 S O X 3 \ce{H2SO3} H X 2 SO X 3 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
等浓度的 C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 与 C H X 3 C O O N a \ce{CH3COONa} CH X 3 COONa 混合,按浓度由大到小排列 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
用 N a O H \ce{NaOH} NaOH 滴定醋酸,半等当点时按浓度由大到小排列 C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 、O H X − \ce{OH-} OH X − 。
等当点时按浓度由大到小排列 N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、C H X 3 C O O H \ce{CH3COOH} CH X 3 COOH 、H X + \ce{H+} H X + 。
加入 22.00 m L 22.00\ \mathrm{mL} 22.00 mL 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L N a O H \ce{NaOH} NaOH 到 20.00 m L 20.00\ \mathrm{mL} 20.00 mL 0.1 m o l / L 0.1\ \mathrm{mol/L} 0.1 mol/L 醋酸中,按浓度由大到小排列 N a X + \ce{Na+} Na X + 、C H X 3 C O O X − \ce{CH3COO-} CH X 3 COO X − 、O H X − \ce{OH-} OH X − 、H X + \ce{H+} H X + 。
某弱酸的分布系数图交点 pH = 4.74 =4.74 = 4.74 ,求 p K a pK_a p K a 和 K a K_a K a 。
某弱酸的 p K a = 4.74 pK_a = 4.74 p K a = 4.74 ,求 pH = 5.74 =5.74 = 5.74 时 c ( A X − ) c ( H A ) \dfrac{c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} c ( HA ) c ( A X − ) 的比值。
答案 :1. 电荷:c ( N a X + ) + c ( H X + ) = c ( O H X − ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( C O X 3 X 2 − ) c(\ce{Na+}) + c(\ce{H+}) = c(\ce{OH-}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{CO3^2-}) c ( Na X + ) + c ( H X + ) = c ( OH X − ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( CO X 3 X 2 − ) ;物料:c ( N a X + ) = 2 [ c ( C O X 3 X 2 − ) + c ( H C O X 3 X − ) + c ( H X 2 C O X 3 ) ] c(\ce{Na+}) = 2[c(\ce{CO3^2-}) + c(\ce{HCO3-}) + c(\ce{H2CO3})] c ( Na X + ) = 2 [ c ( CO X 3 X 2 − ) + c ( HCO X 3 X − ) + c ( H X 2 CO X 3 )] ;质子:c ( O H X − ) = c ( H X + ) + c ( H C O X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 C O X 3 ) c(\ce{OH-}) = c(\ce{H+}) + c(\ce{HCO3-}) + 2c(\ce{H2CO3}) c ( OH X − ) = c ( H X + ) + c ( HCO X 3 X − ) + 2 c ( H X 2 CO X 3 ) ;2. N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + ;3. N a X + > C O X 3 X 2 − > O H X − > H C O X 3 X − > H X + \ce{Na+} > \ce{CO3^2-} > \ce{OH-} > \ce{HCO3-} > \ce{H+} Na X + > CO X 3 X 2 − > OH X − > HCO X 3 X − > H X + ;4. c ( C O X 3 X 2 − ) > c ( O H X − ) c(\ce{CO3^2-}) > c(\ce{OH-}) c ( CO X 3 X 2 − ) > c ( OH X − ) ,顺序 N a X + > H C O X 3 X − > C O X 3 X 2 − ≈ H X 2 C O X 3 > O H X − > H X + \ce{Na+} > \ce{HCO3-} > \ce{CO3^2-} \approx \ce{H2CO3} > \ce{OH-} > \ce{H+} Na X + > HCO X 3 X − > CO X 3 X 2 − ≈ H X 2 CO X 3 > OH X − > H X + ;5. C l X − > N H X 4 X + > H X + > N H X 3 ⋅ H X 2 O > O H X − \ce{Cl-} > \ce{NH4+} > \ce{H+} > \ce{NH3.H2O} > \ce{OH-} Cl X − > NH X 4 X + > H X + > NH X 3 ⋅ H X 2 O > OH X − ;6. N a X + > H S O X 3 X − > S O X 3 X 2 − ≈ H X 2 S O X 3 > H X + > O H X − \ce{Na+} > \ce{HSO3-} > \ce{SO3^2-} \approx \ce{H2SO3} > \ce{H+} > \ce{OH-} Na X + > HSO X 3 X − > SO X 3 X 2 − ≈ H X 2 SO X 3 > H X + > OH X − ;7. C H X 3 C O O X − > N a X + > C H X 3 C O O H > H X + > O H X − \ce{CH3COO-} > \ce{Na+} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} > \ce{OH-} CH X 3 COO X − > Na X + > CH X 3 COOH > H X + > OH X − ;8. C H X 3 C O O X − > N a X + > C H X 3 C O O H > H X + > O H X − \ce{CH3COO-} > \ce{Na+} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} > \ce{OH-} CH X 3 COO X − > Na X + > CH X 3 COOH > H X + > OH X − ;9. N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > C H X 3 C O O H > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{CH3COOH} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > CH X 3 COOH > H X + ;10. N a X + > C H X 3 C O O X − > O H X − > H X + \ce{Na+} > \ce{CH3COO-} > \ce{OH-} > \ce{H+} Na X + > CH X 3 COO X − > OH X − > H X + ;11. p K a = 4.74 pK_a = 4.74 p K a = 4.74 ,K a ≈ 1.8 × 10 − 5 K_a \approx 1.8 \times 10^{-5} K a ≈ 1.8 × 1 0 − 5 ;12. 10。