Question

1．（1）常温下，将0.15mol•L^-1稀硫酸V₁mL与0.1mol•L^-1NaOH溶液V₂mL混合，所得溶液的pH为1，则V₁：V₂=1：1（溶液体积变化忽略不计）；纯水在100℃时，pH=6，该温度下0.1mol•L^-1的NaOH溶液中，溶液的pH=11．该溶液中由水电离出的c（OH^-）约为1×10^-11mol•L^-1
（2）常温下，0.1mol•L^-1的NaHCO₃溶液的pH大于8，则溶液中c（CO₃^2-）＜c（H₂CO₃）（填“＞”、“＜”或“=”）；水解反应是典型的可逆反应，水解反应的化学平衡常数称为水解常数（用K_b表示），类比化学平衡常数的定义，请写出Na₂CO₃第一步水解反应的水解常数的表达式K_b=$\frac{c（{HC{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，请设计实验证明0.1mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中水解的CO₃^2-不超过其总量的10%用pH试纸（或pH计）测常温下0.1mol•L^-1 Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12就可 以说明Na₂CO₃溶液中水解的CO₃^2-不超过其总量的10%．

Answer 1

分析 （1）所得溶液的pH值为1，溶液中氢离子浓度为1×10^-1mol•L^-1，说明氢离子过量，根据题中稀硫酸和氢氧化钠溶液体积列式计算出V₁：V₂的比值；先计算出0.1 mol•L^-1的NaOH中c（H⁺），再根据pH=-lg[H⁺]计算出溶液的pH；碱溶液中的氢离子是水的电离的；
（2）0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，溶液显碱性，碳酸氢根离子的水解大于其电离程度；
碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子，据此类比化学平衡常数的定义写出Na₂CO₃第一步水解反应的水解常数的表达式；
碳酸钠属于强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而使溶液呈碱性，根据其水解程度确定溶液pH，用pH试纸测量其pH即可．

解答 解：（1）溶液中氢氧化钠的物质的量为：V₂×10^-3L×0.1mol/L=V₂×10^-4mol，
稀硫酸中氢离子的物质的量为：V₁×10^-3L×0.15mol/L×2=3V₁×10^-4mol，
两溶液混合后溶液显示酸性，氢离子浓度为1×10^-1mol•L^-1，
则有：3V₁×10^-4mol-V₂×10^-4mol=（V₁+V₂）×10^-3L×1×10^-1mol•L^-1=（V₁+V₂）×10^-4mol，解得：V₁：V₂=1：1；
纯水中的[H⁺]=[OH^-]，pH=6，[H⁺]=[OH^-]=1×10^-6mol•L^-1，K_W=1×10^-6×1×10^-6=1×10^-12，0.1mol•L^-1的NaOH溶液中氢氧根离子浓度为0.1mol/L，c（H⁺）=1×10^-11mol•L^-1，pH=-lg[H⁺]=11，强氧化钠溶液中的氢离子是水的电离的，则水电离的氢氧根离子为1×10^-11，
故答案为：1：1；11；1×10^-11；
（2）0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，溶液显碱性，说明HCO₃^-的水解程度大于其电离程度，则c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-）；
碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子和氢氧根离子，则其水解平衡常数额：K_b=$\frac{c（{HC{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；
常温下，0.1mol•L^-1的纯碱溶液，发生水解的CO₃^2-离子不超过其总量的10%，则溶液中c（OH^-）＞0.1mol/L×10%=0.01mol/L，则c（H⁺）＜$\frac{1{0}^{-14}}{0.01}$mol/L=10^-12mol/L，所以溶液的pH＜12，故操作方法为：用pH试纸测量常温下0.1mol/L碳酸钠溶液的pH，如果溶液的pH＜12，则证明发生水解的CO₃^2-离子不超过其总量的10%，
故故答案为：＜；$\frac{c（{HC{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；用pH试纸（或pH计）测常温下0.1mol•L^-1 Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12就可 以说明Na₂CO₃溶液中水解的CO₃^2-不超过其总量的10%．

点评 本题考查了离子浓度大小比较、酸碱混合的定性判断及溶液pH的计算等知识，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生灵活应用基础知识的能力，注意掌握酸碱混合的定性及溶液pH的计算方法判断方法，明确离子浓度定性比较的常用方法．