Question

在含有弱电解质的溶液中，往往有多个化学平衡共存．
（1）现将0.04mol?L^-1的HA溶液与0.02mol?L^-1的NaOH溶液等体积混合．如HA是
HCN，溶液中c（Na⁺）＞c（CN^-），则该混合溶液c（H⁺）______c（OH^-）（请填“＞”“＜”或“=”），c（HCN）+c（CN^-）=______mol?L^-1．如HA是
CH₃COOH，该混合溶液呈酸性，c（CH₃COOH）______c（CH₃COO^-）（请填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）常温下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，溶液中含碳元素的各种微粒（CO₂因逸出未画出）物质的量分数（纵轴）随溶液pH变化的部分情况如下图所示．回答下列问题：
①在同一溶液中，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-______（填：“能”或“不能”）大量共存．
②当pH=7时，溶液中各种离子其物质的量浓度之间的等量关系是：______．
（3）已知在25℃时，CO₃^2-水解反应的平衡常数即水解常数K_h=2×10^-4，当溶c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=20：1时，溶液的
pH=______．

Answer 1

【答案】分析：（1）如HA是HCN，反应后为等浓度的HCN、NaCN的混合溶液，且二者浓度为0.01mol/L，根据溶液呈电中性的角度比较离子浓度大小；根据微粒守恒计算c（HCN）+c（CN^-）之和；
如HA是CH₃COOH，反应后为等浓度的CH₃COOH、CH₃COONa的混合溶液，且二者浓度为0.01mol/L，该混合溶液呈酸性，说明醋酸的电离程度大于醋酸根的水解程度；
（2）由图象可知，常温下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反应生成碳酸氢钠，碳酸氢根再与盐酸反应生成碳酸，进而分解产生生成二氧化碳、水，
①H₂CO₃与CO₃^2-转化为HCO₃^-；
②由图可知，当pH=7时，溶液中溶质为碳酸氢钠、氯化钠及碳酸，根据电荷守恒进行判断；
（3）水解常数K_h=，当溶c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=20：1时，根据水解常数计算c（OH^-），由根据水的离子积Kw计算c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）计算．
解答：解：（1）如HA是HCN，反应后为等浓度的HCN、NaCN的混合溶液，且二者浓度为0.01mol/L，
根据溶液电中性原则可知c（Na⁺）+c（H⁺）=C（CN^-）+c（OH^-），由于c（Na⁺）＞c（CN^-），则c（H⁺）＜c（OH^-）；
根据微粒守恒可知（HCN）+c（CN^-）=0.02mol/L；
如HA是CH₃COOH，反应后为等浓度的CH₃COOH、CH₃COONa的混合溶液，且二者浓度为0.01mol/L，该混合溶液呈酸性，说明醋酸的电离程度大于醋酸根的水解程度，则c（CH₃COOH）＜c（CH₃COO^-），
故答案为：＜；0.02；＜
（2）由图象可知，常温下在20mL0.1mol/L Na₂CO₃溶液中逐滴加入0.1mol/L HCl溶液40mL，先反应生成碳酸氢钠，碳酸氢根再与盐酸反应生成碳酸，进而分解产生二氧化碳、水，
①由反应及图象可知，在同一溶液中H₂CO₃与CO₃^2-转化为HCO₃^-，故H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-不能大量共存，
故答案为：不能；
②当pH=7时，溶液中溶质为碳酸氢钠、氯化钠及碳酸，由电荷守恒可知c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）；
③水解常数K_h==2×10^-4，当溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=20：1时，c（OH^-）=10^-5mol/L，由水的离子积Kw可知，c（H⁺）=10^-9mol/L，所以pH=-lg10^-9=9，
故答案为：9．
点评：本题考查离子浓度大小比较、溶液中电解质之间的反应与反应图象、盐类水解计算等，题目难度中等，综合考查学生分析问题、解决问题的能力，注重能力的考查．