Question

8．现有常温下的0.1mol/l纯碱溶液．
（1）该溶液呈碱性是因为存在水解平衡，相关离子方程式是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．为证明存在上述平衡，进行如下实验：在0.1mol•l^-1纯碱溶液中滴加酚酞，溶液显红色，再往溶液中滴加BaCl₂或CaCl₂（填化学式）溶液，红色逐渐退为无色，说明上述观点成立．
（2）同学甲查阅资料得知0.1mol/LNa₂CO₃中，发生水解的CO₃^2-不超过其总量的10%．请设计实验加以证明（写出实验方案及预期观察到的现象）．答用pH试纸测0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12．
（3）同学乙就该溶液中粒子浓度关系写出五个关系式，其中不正确的是DE．
A．c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-）
B．c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
C．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
D．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）=0.1mol•L^-1
E．c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）
（4）室温下pH均为a的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水电离产生的c（OH^-）之比=10^（2a-14）．

Answer 1

分析 （1）碳酸根离子水解生成氢氧根离子溶液显碱性，设计实验有碳酸根离子时溶液显碱性，除去碳酸根离子后溶液不显碱性；
（2）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；
（3）根据电荷守恒、物料守恒和质子守恒以及溶液中离子浓度大小比较的方法来分析；
（4）氨水中氢离子是完全是水电离出的，碳酸钠溶液中氢离子是碳酸根水解后剩余的，氢氧根离子是水完全电离生成的，结合离子积计算判断．

解答 解：（1）碳酸根离子水解生成氢氧根离子溶液显碱性，其水解方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，设计实验有碳酸根离子时溶液显碱性，除去碳酸根离子后溶液不显碱性，其操作为：取0.1mol/L的纯碱溶液少许于试管中，滴入几滴酚酞，溶液呈红色，再滴加足量BaCl₂溶液或是氯化钡溶液，若溶液红色退去，则证明纯碱溶液显碱性的原因是CO₃^2-水解；
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；BaCl₂或CaCl₂；
（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，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%，
，故答案为：用pH试纸测0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12；
（3）A．溶液中直接电离出钠离子和碳酸根离子，钠离子浓度大于碳酸根浓度的2倍，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A正确；
B．在碳酸钠溶液中，碳酸根离子存在水解平衡，水存在微弱的电离，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃），故B正确；
C．溶液中存在质子守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故C正确；
D．根据物料守恒：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1，故D错误；
E．溶液中存在电荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），故E错误．
故答案为：DE．
（4）pH为a的氢氧化钠溶液中水电离出的氢氧根离子浓度等于水电离出的氢离子浓度为10^-amol/L，pH 为a碳酸钠溶液中[H⁺]_剩余•[OH^-]_水=10^-14；[OH^-]_水=10^a-14mol/L，所以室温下pH均为a的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水电离产生的c（OH^-）之比=10^a-14mol/L：10^-amol/L=10^2a-14，
故答案为：10^（2a-14）．

点评 本题考查了盐类水解的原理，溶液酸碱性的实验测定方法，溶液中的守恒关系的应用，题目难度中等．