Question

2．常溫下體積為1ml、濃度均為0.10mol/L的XOH和X₂CO₃溶液分別加水稀釋至體積為V，pH隨lgV的變化情況如圖所示，下列敘述中正確的是（　　

• A． pH=10的兩種溶液中的c（X⁺）：XOH大于X₂CO₃
• B． 已知常溫下，0.1 mol•L^-1 XHCO₃溶液的pH=8.31，則K_a1（H₂CO₃）•K_a2（H₂CO₃）＞K_w
• C． 已知H₂CO₃的電離平衡常數K_a1遠遠大于K_a2，則K_a2約為1.0×10^-10.2
• D． 當lgV=2時，若X₂CO₃溶液升高溫度，溶液堿性增強，則$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$減小

Answer 1

分析 A．XOH是強堿溶液、X₂CO₃是強堿弱酸鹽溶液，要使兩種溶液的pH相等，則c（XOH）＜c（X₂CO₃），再結合物料守恒判斷；
B．0.1 mol•L-1 XHCO₃溶液的pH=8.31，HCO₃^-在溶液中存在電離，也存在水解，且水解大于電離，列出平衡常數表達式，代入氫離子濃度和氫氧根離子濃度，進而比較K_a1（H₂CO₃）•K_a2（H₂CO₃）與K_w的大小關系；
C.0.10mol/LX₂CO₃溶液的pH=11.6，則該溶液中c（OH^-）=c（HCO₃^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11.6}}$mol/L=10^-2.4 mol/L，c（CO₃^2-）=0.1mol/L，
K_h1=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）．c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{a2}}$，則K_a2=$\frac{Kw}{{K}_{h1}}$=$\frac{Kwc（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HC{{O}_{3}}^{-}）．c（O{H}^{-}）}$；
D．當lgV=2時，則溶液的體積變為原來的100倍，升高溫度，促進水解，第一步水解程度遠遠大于第二步，所以溶液中c（CO₃^2-）減小，c（HCO₃^-）增大．

解答 解：A．XOH是強堿溶液、X₂CO₃是強堿弱酸鹽溶液，要使兩種溶液的pH相等，則c（XOH）＜c（X₂CO₃），再結合物料守恒得c（X⁺）：XOH小于X₂CO₃，故A錯誤；
B．0.1 mol•L-1 XHCO₃溶液的pH=8.31，HCO₃^-在溶液中存在電離，也存在水解，且水解大于電離，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，
故K_b=$\frac{[HC{{O}_{3}}^{-}][O{H}^{-}]}{[HC{{O}_{3}}^{-}]}$＞$\frac{[{H}^{+}][C{{O}_{3}}^{2-}]}{[HC{{O}_{3}}^{-}]}$=Ka₂，在碳酸中，Ka1=$\frac{[{H}^{+}][HC{{O}_{3}}^{-}]}{[{H}_{2}C{O}_{3}]}$，Ka₂=$\frac{[{H}^{+}][C{{O}_{3}}^{2-}]}{[HC{{O}_{3}}^{-}]}$，故K_a1•K_a2＜K_b•K_a1，所以K_a1•K_a2＜$\frac{[HC{{O}_{3}}^{-}][O{H}^{-}]}{[HC{{O}_{3}}^{-}]}$•$\frac{[{H}^{+}][HC{{O}_{3}}^{-}]}{[{H}_{2}C{O}_{3}]}$，所以K_a1•K_a2＜K_w，故B錯誤；
C.0.10mol/LX₂CO₃溶液的pH=11.6，則該溶液中c（OH^-）=c（HCO₃^-）=^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11.6}}$mol/L=10^-2.4 mol/L，c（CO₃^2-）=0.1mol/L，K_h1=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）．c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{a2}}$，則K_a2=$\frac{Kw}{{K}_{h1}}$=$\frac{Kwc（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（HC{{O}_{3}}^{-}）．c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-14}×0.1}{1{0}^{-2.4}×1{0}^{-2.4}}$=1.0×10^-10.2，故C正確；
D．當lgV=2時，則溶液的體積變為原來的100倍，升高溫度，促進水解，第一步水解程度遠遠大于第二步，所以溶液中c（CO₃^2-）減小，c（HCO₃^-）增大，所以$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$增大，故D錯誤；
故選C．

點評 本題考查弱電解質電離與水解平衡的圖象分析，側重考查學生分析判斷及計算能力，為高頻考點，明確電離平衡常數與水解平衡常數的關系是解本題關鍵，難度較大．